Hartowanie i odpuszczanie, SPRAWOZDANIA czyjeś


Politechnika Lubelska

Wydział Mechaniczny

Laboratorium Inżynierii Materiałowej

Ćwiczenie nr 2

Robert Myszak

Semestr II

Grupa :

MD 102.2B

Rok akademicki :

1999 / 2000

Temat ćwiczenia :

Obróbka cieplna stali. Hartowanie i odpuszczanie.

Data :

29.02.2000

  1. Cel i zakres ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zmianami struktury i własności mechanicznych podczas hartowania i odpuszczania stali.

2. Informacje dotyczące tematyki ćwiczenia .

2.1 Hartowanie.

Hartowanie jest to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu elementu do temperatury 30-50 stopni C powyżej A3-A1 , wygrzaniu 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 :

  1. nagrzanie stali do stanu austenitycznego i wygrzanie w tej temperaturze ( austenityzowanie )

  2. szybkość chłodzenia ( oziębianie )

Wysokość temperatury nagrzania przy hartowaniu zależy od składu chemicznego stali , a zwłaszcza od zawa-

rtości węgla . Nagrzanie stali podeutektoidalnej powyżej temperatury A3 jest konieczne do uzyskania jedno-

rodnej struktury austenitycznej . Jeśli przy nagrzaniu nie zostałaby przekroczona temperatura A3 , to w stru-

kturzu zahartowanej stali pozostałby wolny ferryt , zmniejszając jej twardość , a po odpuszczeniu i inne wła-

ściwości mechaniczne .Stale nadeutektoidalne natomiast nagrzewa się przy hartowaniu powyżej A1 i to nie-

zależnie od zawartości węgla .W tym przypadku rezygnuje się z całkowitego rozpuszczenia cementytu wtó-

rnego w austenicie , którego obecność w strukturze zahartowanej stali jest nawet pożądana. Cementyt jest

bowiem najtwardszym składnikiem strukturalnym i osadzony w twardym podłożu martenzytycznym zwiększa

ogólną twardość a zwłaszcza odporność na ścieranie.Poza tym zwiększone nasycenie austenitu węglem spo-

wodowałoby wzrost ilości austenitu szczątkowego w zahartowanej stali , zmniejszając jej twardość.

Ośrodki chłodzące z uwagi na ich stan skupienia podzielić można na ośrodki stałe , ciekłe i gazowe.Naj-

częściej stosowane są ośrodki ciekłe . Do ciekłych ośrodków chłodzących zaliczamy : wodę i roztwory

wodne ; oleje i tłuszcze ; stopione sole i metale .

Najbardziej rozpowszechnionym ośrodkiem jest woda . Należy ona do najbardziej energicznie chłodzą-

cych ośrodków , oziębiających szybko zarówno w zakresie 550-650C , jak i w zakresie przemian marten-

zytycznych , co stanowi jej główną wadę . Intensywność chłodzenia zależy w pewnym stopniu od zawar-

tości gazów , które wyraźnie zmniejszają zdolność hartowniczą wody . Dlatego też do hartowania najle-

piej jest stosować wodę miękką ( odstałą deszczową lub rzeczną ) . Gorsza jest woda źródlana , która

może zawierać sole mineralne i gazy .Wodę i roztwory wodne stosuje się głównie do hartowania stali

narzędziowych płytko hartujących się , gdy chodzi o uzyskanie dużej twardości powierzchniowej .

Drugim bardzo rozpowszechnionym ośrodkiem chłodzącym są oleje ; chłodzą one jednak zna-

cznie wolniej.Pożądane są oleje rzadkie o małej lepkości . Oleje takie mają jednak niską temperaturę

zapłonu , co jest znowu niekorzystne z uwagi na niebezpieczeństwo pożaru . W praktyce wybiera się

więc oleje nieco gęstsze o wyższej temperaturze zapłonu . Obecnie do hartowania stosuje się wszelkiego

rodzaju oleje mineralne , jak olej maszynowy , olej wrzecionowy .

Szybkie chłodzenie przy hartowaniu ( oziębienie ) ma na celu przechłodzenie austenitu do

zakresu temperatur przemiany martenzytycznej , w którym to zakresie temperatur austenit ulega przemia-

nie na martenzyt . Zastosowana szybkość chłodzenia musi być większa od szybkości krytycznej dla

danego gatunku stali . Podstawową zasadą przy doborze ośrodka chłodzącego jest unikanie szybszego

niż to konieczne chłodzenia , gdyż ze wzrostem szybkości chłodzenia powstają większe naprężenia i

wzrasta w związku z tym tendencja do odkształceń lub pęknięć .

2.2 Sposoby hartowania .

Ze względu na sposób chłodzenia rozróżniamy hartowanie zwykłe , stopniowe i z przemianą izotermiczną.

Właściwy sposób hartowania należy dobierać w zależności od składu chemicznego stali , kształtu hartowa-

nych elementów i żądanych właściwości . Im bardziej skomplikowany jest kształt przedmiotu , tym

ostrożniej należy go oziębiać , gdyż łatwiej o pęknięcia . Skłonność do pęknięć zwiększa się również ze

wzrostem zawartości węgla i dodatków stopowych .

Najprostszym sposobem hartowania jest hartowanie zwykłe . Polega ono na nagrzaniu stali powyżej A3-A1

wygrzaniu i oziębieniu w ośrodku o temperaturze niższej od temperatury początku przemiany martenzyty-

cznej , w celu otrzymania struktury martenzytycznej , przynajmniej w powierzchniowej warstwie hartowa-

nego przedmiotu . Przedmiot wytrzymuje się w ośrodku chłodzącym , aż do jego zupełnego ochłodzenia .

Szybkość chłodzenia powinna być tak duża , aby przejść przez zakres minimalnej trwałości austenitu bez

jego zmiany . Po tym hartowaniu stosuje się odpuszczanie w celu zmniejszenia naprężeń i uzyskania

odpowiednich właściwości mechanicznych .

Hartowanie stopniowe polega na nagrzaniu stali powyżej A3-A1 , wygrzaniu i oziębieniu w kąpieli o temp

nieznacznie wyższej od temp. początku przemiany martenzytycznej . W kąpieli tej wytrzymuje się hartowa-

ny przedmiot przez czas konieczny do wyrównania temp w jego przekroju , ale na tyle krótko , aby nie

rozpoczęła się jeszcze przemiana bainityczna . Ośrodkiem chłodzącym są zwykle stopione sole . Po harto-

waniu stopniowym stosuje się odpuszczanie . Stosuje się je głównie do przedmiotów niedużych .Hartowa-

nie stopniowe stosuje się również do przedmiotów , które z uwagi na swój kształt są skłonne do krzywie-

nia się i paczenia , jak wiertła , rozwiertaki , wałki itp.

Hartowanie z przemianą izotermiczną , zwane krótko hartowaniem izotermicznym , polega na nagrzaniu

stali powyżej A3-A1 , wygrzaniu i następnym oziębieniu w kąpieli o temp. wyższej od temp. początku

przemiany martenzytycznej . W kąpieli tej hartowany przedmiot wytrzymuje się aż do zakończenia

przemiany austenitu na bainit , po czym dalsze chłodzenie odbywa się na powietrzu lub w wodzie .

Hartowanie z przemianą izotermiczną stosuje się głównie do przedmiotów wykonanych ze stali stopowych.

2.3 Odpuszczanie .

Odpuszczanie jest to zabieg cieplny stosowany do przedmiotów uprzednio zahartowanych , polegający na

nagrzewaniu ich do temp. niższej od A1 ,wygrzaniu w tej temp. z następnym chłodzeniem powolnym lub

przyśpieszonym . Jest ono zwykle stosowane w celu polepszenia właściwości plastycznych elementów przy

jednoczesnym usunięciu naprężeń własnych , które mogłyby doprowadzić do ich pęknięcia .

Rozróżnia się następujące rodzaje odpuszczania :

1.Odpuszczanie niskie ( 150-250 C ) , którego celem jest częściowe usunięcie naprężeń hartowniczych oraz

rozkład austenitu szczątkowego , przy zachowaniu wysokiej twardości . Stosowane jest do narzędzi , spra-

wdzianów , przedmiotów nawęglonych itp.

2.Odpuszczanie średnie ( 250-500 C ) , którego celem jest obniżenie twardości i zwiększenie odporności na

uderzenie przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości i sprężystości . Odpuszczanie to znajduje zastosowa-

nie przy obróbce cieplnej sprężyn , matryc itp.

3.Odpuszczanie wysokie ( 500-650 C ) stosowane w celu uzyskania jak najwyższej udarności , przy wysta-

rczającej wytrzymałości na rozciąganie .

Na wynik odpuszczania oprócz temperatury wpływa również , chociaż w nieco mniejszym stopniu , czas

odpuszczania . Ten sam wynik można uzyskać przez krótkie odpuszczanie w wyższej temp. lub przez dłuższe

odpuszczanie w temp. niższej . Zbyt krótki czas odpuszczania nie jest jednak korzystny ; dlatego też temp.

odpuszczania musi być tak dobrana , aby wygrzanie mogło trwać dostatecznie długo ,co gwarantuje jednoro-

dność struktury obrabianych cieplnie elementów .

3.Materiały i urządzenia do badań .

Przedmiotem badań są próbki stalowe o wymiarach śr.12 x 20 mm ( sztuk trzy ) wykonane ze stali w gatunku

37 HS . Do wykonania ćwiczenia niezbędne są następujące urządzenia i materiały pomocnicze :

4. Przebieg badań .

1.Określenie temperatury hartowania badanych próbek w oparciu o wykres Fe-Fe3C i porównanie z tempe-

raturą zalecaną w kartach materiałowych lub normach , przeanalizowanie różnic . Podgrzanie pieca do

wymaganej temperatury hartowania .

2.Dobranie czasu grzania próbek w zależności od wielkości przekroju .

Czas nagrzewania stali węglowych w przedziale temperatur hartowania 800-900 C można obliczyć ze wzoru

n = 0.1 x D1 x K1 x K2 x K3 [ min ]

gdzie :

D1 - wymiar charakterystyczny , będący najmniejszym wymiarem największego przekroju

K1 - współ. środowiska nagrzewającego

K2 - współ. kształtu przedmiotu

K3 - współ. równomierności nagrzewania

W warunkach laboratoryjnych wystarczy przyjąć 1,5-2 minut czasu grzania na 1mm średnicy przekroju.

3.Zbadanie twardości próbek przed hartowanie .

4.Nagrzanie próbek w piecu do hartowania . Następnie jedną z nich oziębić w wodzie , drugą w oleju , a

trzecią studzić na powietrzu .

5.Zbadanie twardości próbek po hartowaniu .

6.Próbkę zahartowaną w oleju odpuścić w temp. 600 C . Czas grzania 1h.

7.Zbadać twardość próbki po odpuszczeniu .

5. Wyniki badań .

  1. Próbki stalowe o wymiarach śr.12x20 mm wykonane ze stali w gatunku 37HS hartuje się w temperaturze

od 600-800C .

  1. Przekrój badanych próbek wynosi 12 mm , a więc czas grzania możemy ustalić na 30-40 minut .

  2. Twardość próbek przed hartowaniem wynosiła 217 HB .

  3. Twardość próbek po hartowaniu wynosiła odpowiednio : dla chłodzonej na powietrzu-37 HRC , dla

studzonej w oleju-56 HRC , a dla studzonej w wodzie-62 HRC .

  1. Po zabiegu odpuszczania twardość badanej próbki zmalała.

W przemianach fazowych zachodzących w stalach biorą udział następujące podstawowe składniki strukturalne

austenit , ferryt , cementyt , perlit i martenzyt .W rzeczywistości zachodzą następujące cztery przemiany :

  1. - przemiana perlitu w austenit i odwrotna ,

  2. - przemiana austenitu w martenzyt ( nieodwracalna )

  3. - przemiana martenzytu w ferryt i cementyt ( nieodwracalna )

Hartowanie martenzytyczne prowadzi do powstania struktury metastabilnej . Celem hartowania jest znaczne

zwiększenie wytrzymałości i twardości wyrobu . Odpuszczenie natomiast ma na celu usunięcie naprężeń

oraz przemian wywołujących zmniejszenie twardości i wzrost plastyczności stali . Połączenie zabiegu har-

towania i wysokiego lub średniego odpuszczania nazywamy ulepszaniem cieplnym .Po odpuszczeniu wyso-

kim własności wytrzymałościowe takie jak : Rm , Re , HB wyraźnie maleją , a plastyczne wzrastają . Wiąże

się to z istotnymi zmianami jakie zachodzą w mikrostrukturze stali . W tym zakresie temperatur powstaje

bowiem sorbit , który jest mieszaniną złożoną z ferrytu i bardzo drobnych kulistych wydzielin cementytu.

Przy ustalaniu temperatury odpuszczania należy pamiętać o zjawisku kruchości odpuszczania .

  1. Literatura .

„Ćwiczenia laboratoryjne z inżynierii materiałowej”pod red. Andrzeja Werońskiego wydawnictwo

uczelniane Politechnika Lubelska 1996

  1. „Metaloznawstwo” Stanisław Rudnik

  2. Instrukcje obsługi twardościomierzy .

  3. Polskie normy .



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
sprawozdanie z laborek4, sprawozdanie agh, mibm, obróbka, metalurgia proszków, spieki, hartowanie, o
sprawozdanie do spiekania, sprawozdanie agh, mibm, obróbka, metalurgia proszków, spieki, hartowanie,
obróbka cieplna, sprawozdanie agh, mibm, obróbka, metalurgia proszków, spieki, hartowanie, odpuszcza
Hartowanie i odpuszczanie stali, sprawozdania
pomoc2cd(1), SPRAWOZDANIA czyjeś
Budowa kontenera C, SPRAWOZDANIA czyjeś
Zalety systemów SDH, SPRAWOZDANIA czyjeś
z3 06, SPRAWOZDANIA czyjeś
z 1 7 a, SPRAWOZDANIA czyjeś
HARTOWNOŚĆ I ODPUSZCZALNOŚĆ STALI
Zabezpieczenie transformatora za pomocą zespołu automatyki(1), SPRAWOZDANIA czyjeś
w4m, SPRAWOZDANIA czyjeś
Z5 10, SPRAWOZDANIA czyjeś
pomoc, SPRAWOZDANIA czyjeś
siwex, SPRAWOZDANIA czyjeś
MetodyNumeryczne, SPRAWOZDANIA czyjeś
pomoc2, SPRAWOZDANIA czyjeś
labelektr14, SPRAWOZDANIA czyjeś

więcej podobnych podstron