Rok: I Grupa: B5 Zespół: II	Jurkiewicz Damian	Data:
Prowadzący:	Temat: OBRÓBKA CIEPLNA STALI I BADANIE MIKROSTRUKTUR STALI OBROBIONYCH CIEPLNIE	Ocena:

1. Konspekt

Stal jest to stop żelaza z węglem o zawartości do 2.11% C. Aby nadać jej pożądane cechy mechaniczne, fizyczne czy też chemiczne wykonuje się zabiegi cieplne. Modyfikują one własności stali przez zmianę struktury stopu. Proces ten nazywa się obróbką cieplną. Jeśli mówimy o zmianach struktury to najlepiej przedstawiają ją wykresy:

równowagi

Gdzie: A₀ - temp. przemiany magnetycznej Fe₃C (210⁰C)

A₁ - temp. przemiany eutektoidalnej (linia PSK - 727⁰C)

A₂ - temp. przemiany magnetycznej Fe_α i ferrytu (F) - ( linia MO -770⁰C)

A₃ - temp. równowagi austenitu (A) z ferrytem (F) - (linia GOS )

A₄ - temp. równowagi austenitu (A) z ferrytem (δ) - (linia NJ)

A_cm - temp. równowagi austenitu (A) z cementytem wtórnym (C^'') - (linia SE )

A - z indeksem c lub r oznacza odpowiednio nagrzewanie lub chłodzenie

CTPc

Austenit -roztwór stały międzywęzłowy węgla w odmianie alotropowej żelaza γ

Ferryt - roztwór stały międzywęzłowy węgla w odmianie alotropowej żelaza α

Cementyt - węglik żelaza Fe₃C

Martenzyt - przesycony roztwór stały węgla w odmianie alotropowej żelaza α

Aby otrzymać stal o podwyższonej twardości i wytrzymałości trzeba ją nagrzać do temperatury austenityzowania a następnie szybko schłodzić. Takie działanie nazywamy hartowaniem. Niestety po tym rodzaju obróbki cieplnej stal staje się krucha, więc aby zoptymalizować jej własności wytrzymałościowe i plastyczne stosuje się kolejny zabieg, czyli odpuszczanie. Polega ono na wyżarzaniu wcześniej zahartowanej stali. Wyróżnia się odpuszczanie niskie (150-250 stopni C), średnie (250-500 stopni C) i wysokie (500-Ac1 stopnie C).

Hartowanie i odpuszczanie średnie bądź wysokie nazywa się ulepszaniem cieplnym.

Stal charakteryzuje się największą twardością, gdy ma strukturę martenzytyczną.

Szybkość krytyczna - najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której austenit nie ulega jeszcze przemianie w zakresie dyfuzyjnym

2.Przebieg ćwiczenia.

Do przeprowadzenia eksperymentu zostało użyte 6 ponumerowanych próbek stali. Na początku badaliśmy jej twardość. Mierzona była ona dla każdej próbki metodą Rockwella (pomiar dla wszystkich był wykonywany 3 razy, za wartość twardość przyjęliśmy średnią arytmetyczną tych trzech prób, aby wynik był jak najdokładniejszy). Następnie próbki zostały ogrzewane w piecach przez 20 minut w następujących temperaturach:

próbka nr 1 - 650^oC;

próbka nr 2 - 750 ^oC;

próbki nr 3,4,5,6 - 850 ^oC.

Pierwsze 5 próbek zostało szybko schłodzone w wodzie, natomiast próbka nr 6 po wyciągnięciu z pieca chłodziła się na powietrzu. Kolejnym etapem doświadczenia było zmierzenie twardości wszystkich próbek. Następną czynnością, jaką należało wykonać było przeprowadzenie procesu odpuszczania próbek 3,4,5. Ponownie zostały one ogrzane w piecach, tym razem także przez czas 20 minut, w temperaturach:

próbka nr 3 - 300°C;

próbka nr 4 - 500 ^oC;

próbka nr 5 - 650°C.

Każda z powyższych próbek po wyjęciu z pieca oraz ostygnięciu na powietrzu została poddana pomiarom twardości. Należy zaznaczyć, że przed wykonaniem tych pomiarów, wszystkie próbki, które poddawane były wcześniej jakimkolwiek zabiegom tj. wyżarzania, hartowania i odpuszczania, najpierw zostały oczyszczone z tlenków powstałych na powierzchniach próbek. W tym celu wykorzystaliśmy papier ścierny.

3.Wyniki

Podane wartości są średnimi arytmetycznymi wyników pomiarów poszczególnych próbek.

Twardość stali w stanie dostawy		Twardość stali po hartowaniu		Twardość stali po odpuszczaniu
Nr próbki	HB	Temp./Czas	HB	Temp./Czas	HB
1	185	650°C/20min	195	-	-
2	176	750°C/20min	370	-	-
3	179	850°C/20min	542	300°C/20min	436
4	179	850°C/20min	581	500°C/20min	347
5	200	850°C/20min	607	650°C/20min	220
6	179	850C/20min	172	-	-

3. Wnioski.

Właściwy dobór temperatury austenityzowania ma duże znaczenie na uzyskane własności po hartowaniu stali. Zbyt wysoka temperatura austenityzowania powoduje nadmierny rozrost ziaren austenitu, co prowadzi do powstania martenzytu grubo iglastego, który zwiększa kruchość stali, co jest zjawiskiem niepożądanym.

Wraz ze wzrostem temperatury austenityzowania twardość stali wzrasta (nie liniowo, ma to związek z budową wewnętrzną), natomiast właściwości plastyczne maleją. Granice wytrzymałości mają coraz większą wartość, a sprężystości z kolei wręcz przeciwnie.

Temperatura austenityzowania jest zależna od zawartości węgla w stali. Jeśli wynosi ona od 0 do 0.77% C wówczas w miarę wzrostu zawartości węgla temperatura liniowo spada od 912 do 727 stopni Celsjusza. Gdy zawartość wynosi jednak więcej niż 0.77%C temperatura, do jakiej należy podgrzać stal, aby jej struktura zmieniła się w austenit zaczyna także liniowo rosnąć jednak w szybszym tempie niż poprzednio malała. Maksymalna wartość temperatury austenityzowania wynosi 1148 stopni Celsjusza dla stali o zawartości węgla równej 2.11%.

Zaniżona temperatura wyżarzania powoduje wzrost twardości, ale nie taki jak poprawnie dobrana. Dzieje się tak, dlatego że stal zmienia swoją strukturę wraz ze wzrostem temperatury. W zależności od zawartości węgla może to być np.: ferryt, perlit, perlit z cementytem itp. Jednak w każdym przypadku twardość stali się zwiększa. Największa jest dla austenitu, (aby go osiągnąć potrzebna jest odpowiednia temperatura, którą można odczytać z wykresu) i dlatego poprawnie dobrana zawsze będzie powodowała największy wzrost twardości stali.

Wraz ze wzrostem temperatury odpuszczania, twardość stali maleje. Rośnie granica sprężystości i poprawia się plastyczność.

Ulepszanie cieplne prowadzi do poprawy własności stali względem stanu wyjściowego, bowiem dzięki niemu uzyskujemy najlepszą kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych. Twardość i wytrzymałość, co prawda po odpuszczaniu maleją, ale za to ciągliwość rośnie. Udarność jest bardzo wysoka, a stosunek Re/Rm(stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie) osiąga maksymalną wartość. Jedynym problemem może być kruchość odpuszczania II rodzaju (odwracalna), która może wystąpić w przypadku powolnego chłodzenia stali stopowych po odpuszczaniu.

Gdzie :

Ac₁ - temp. przem. P w A

Ac₃ - temp.końca przem. F w A

(nagrzewanie)

Ar₃ - temp.początku wydzielania

się F z A itp.

Ar₁ - temp. przemiany A w P

Ponadto :

Ms - temp. początku przemiany

Martenzytycznej

M_f - temp. końca przemiany

martenzytycznej

---