Wydział Mechaniczny	Temat: Hartowność stali.
Grupa F zespół 3	PRZYGODA
		Data	Ocena	Podpis

1.Cel ćwiczenia:

Pierwiastki stopowe zmieniają kinetykę rozpadu austenitu podczas chłodzenia stali i powodują znaczny wzrost hartowności.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą badania hartowności stali metodą Jominy'ego oraz określenie w jakim stopniu skład chemiczny stali (obecność pierwiastków stopowych) wpływa na hartowność.

2.WSTEP:

Hartowanie jest to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu elementu do temperatury 30—50°C powyżej Ac3-Ac1 wygrzania w tej temperaturze z następnym dostatecznie szybkim oziębieniem, w celu otrzymania struktury martenzytycznej lub bainitycznej, a przez to zwiększenia twardości stali. Na zabieg hartowania składają się więc kolejno po sobie następujące czynności:

l) nagrzanie stali do stanu austenitycznego i wygrzanie w tej temperaturze

(austenity-zowanie),

2) szybkie chłodzenie (oziębianie).

Wysokość temperatury nagrzania przy hartowaniu zależy od składu chemicznego stali, a zwłaszcza od zawartości węgla. Nagrzanie stali podeutektoidalnej powyżej temperatury Ac3 jest konieczne do uzyskania jednorodnej struktury austenitycznej. Jeśli przy nagrzaniu nie zostałaby przekroczona temperatura Ac3 to w strukturze zahartowanej stali pozostałby wolny ferryt, zmniejszając jej twardość, a po odpuszczeniu i inne właściwości mechaniczne. Stale nadeutektoidalne natomiast nagrzewa się przy hartowaniu powyżej Ac1 i to niezależnie od zawartości węgla. W tym przypadku rezygnuje się z całkowitego rozpuszczenia cementytu wtórnego w austenicie, którego obecność w strukturze zahartowanej stali jest nawet pożądana.

Próba chłodzenia czołowego.

Hartowność stali konstrukcyjnych oznacza się najczęściej za pomocą próby chłodzenia czołowego (próby Jominy'ego) ujętej normą PN-79/H-04402. Polega ona na tym, że cylindryczną próbkę, której długość wynosi 100mm a średnica 25mm nagrzewa się do temperatury hartowania, a następnie chłodzi w urządzeniu chłodniczym. Pod bezpośrednim natryskiem wody pozostaje tylko powierzchnia czołowa próbki ona chłodzona jest najbardziej intensywnie (im dalej od czoła próbki, tym chłodzenie wolniejsze). Po ostygnięciu i wyjęciu z urządzenia hartowniczego, próbkę szlifuje się wzdłuż dwu przeciwległych tworzących, a na oszlifowanych powierzchniach dokonuje się pomiaru twardości aparatem Rockwella, skala C na długości 50 mm. Wyniki pomiaru ujmuje się w postaci wykresu, oznaczając na osi odciętych odległości od czoła próbki, a na osi rzędnych odpowiednie wartości twardości. Łącząc otrzymane punkty linią ciągłą, uzyskuje się krzywą hartowności charakteryzującą przebieg spadku twardości wzdłuż długości próbki.

2.Materiał:

a)stal węglowa do ulepszania cieplnego 45 ,

b) stal stopowa narzędziowa do pracy na zimno NC6 (13% C , 1,5%Cr, 0,2 %N)

3.Przebieg ćwiczenia:

Próbka wykonana ze stali 45 oznaczona jest numerem 1, próbka ze stali NC6 - numerem 2. Próbki należy umieścić w piecu o temp. 850 °C . Po upływie 30 minut wyjąć jedną z próbek z pieca i umieścić w statywie służącym do chłodzenia próbki od czoła. Włączyć przepływ wody i chłodzić aż do całkowitego oziębienia próbki. Następnie próbkę należy przeszlifować.

Pomiary twardości na przeszlifowanej ścieżce wykonuje się metodą Rockwella w skali C w następujących odległościach od chłodzonego czoła próbki: 10 pomiarów co 1,5 mm , a dalsze w odległościach ok. 3 mm.

Pomiary wykonuje się aż dojdziemy do strefy materiału o stalej twardości.

Tak samo należy postępować z drugą z próbek.

Tabela pomiarów, na podstawie których został sporządzony wykres HRC(L).

PRÓBKA 1(STAL WĘGLOWA)		PRÓBKA 2(STAL STOPOWA)
L[mm]	TWARDOŚĆ [HRC]	L[mm]	TWARDOŚĆ [HRC]
2,2	50	3	64
5,1	42	5,8	62
8,1	38	7,3	61
11,6	34	9,6	51
13,2	31	12,2	48
17,4	29	14,6	48
20,8	29	17,2	47
24,1	29	19,6	48
27,5	28,5	22	48
		27,5	45
		32,9	42
		37,3	42
		43,2	40
		45	39
		52,9	39
		58	38
		61,8	36
		67,3	36
		72	36

Wykres hartowności stali w układzie twardość HRC, odległość od czoła próbki (L).

4.WNIOSKI:

Krzywa hartowania stali węglowej 45 jest narysowana poprawnie, ponieważ pomiary zostały przeprowadzone dokładnie tzn. „ścieżka” ,wzdłuż której mierzone były poszczególne twardości była prosta.

W przypadku stali stopowej NC6 (
1,3% C,
1,5% Cr,
0,2% V) nie otrzymaliśmy dokładego wykresu ponieważ pomiary twardości nie zostały wykonane poprawnie: nie została utrzymana linia prosta przy dokonywaniu pomiarów twardości i odległości pomiędzy kolejnymi pomiarami nie były równe. Dochodzą również błędy podczas mierzenia: błąd odczytu, brak prostopadłości między powierzchnią badaną a penetratorem.

Znając wyniki pomiarów możemy określić odległość od czoła w której występuje struktura zawierająca 50% martenzytu , czyli tzw. odległość krytyczna l­_k. Z badania twardości możemy wywnioskować, że próbka wykonana ze stali 45 jest mniej twarda niż próbka wykonana ze stali stopowej NC6. Obie próbki hartowane były w takich samych warunkach, a różnica wynika z tego, gdyż próbki różnią się zawartością węgla. W przypadku stali węglowej domieszka węgla wynosi 0,45% , a w przypadku stali stopowej domieszka ta wynosi 1,3%.