Nazwisko i Imię: Piotr Wąsek	Wydział : MiIM / IV	Grupa: 3
Temat: Badania hartowności stali konstrukcyjnych	Data: 30.04.1999	Ocena:

Cel ćwiczenia:

Zbadanie hartowności stali konstrukcyjnej (metodą Jominyego) zapoznanie się ze sposobem wykorzystania danych o hartowności przy doborze stali na części maszyn oraz w praktyce obróbki cieplnej.

Wprowadzenie teoretyczne:

Hartowność jest to zdolność materiału do tworzenia struktury martenzytycznej. Hartowaniem nazywamy prowadzoną do powstania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Polega na nagrzaniu materiału do pewnej temperatury, a następnie szybkim chłodzeniu.

0,008 0,77 2,11 %C

Przemiana martenzytyczna.

Przemiana ta jest również bezdyfuzyjną przemianą austenitu. Martenzytem nazywamy przesycony roztwór węgla w żelazie α. W układzie Fe - C przemiana przebiega jednokierunkowo. Siłę napędową przemiany martenzytycznej jest różnica energii swobodnej pomiędzy austenitem a martenzytem. Warunkiem zajścia tej przemiany jest chłodzenie z taką prędkością aby nie uległ wcześniej przemianie w perlit lub bainit.

Na podstawie badań mikroskopowych martenzyt można podzielić na :

• listwowy - cechuje się tym iż jego kryształy mają kształt listwowy, oddzielony granicami małego kąta i między listwami brak jest austenitu szczątkowego ;

• płytkowy - tworzy się tylko w niektórych stopach żelaza, składa się z płytek mających kształt soczewek o różnych wielkościach oddzielonych nie przemienionym austenitem.

Typ martenzytu jest związany z mechanizmem jego powstawania i zależy od : składu chemicznego , temp. otoczenia . Martenzyt cechuje duża twardość i mała ciągliwość.

Hartowanie polega na nagrzaniu:

• stali podeutektycznych 30 - 50°C powyżej AC₃ , a następnie schładzaniu z prędkością większą od krytycznej

• stali nadeutektycznej 30 - 50°C powyżej AC₁ ,a następnie schładzaniu przy tej samej prędkości.

Dla stali nadeutektycznych nie jest konieczne dopuszczenie do nagrzania powyżej linii AC₃ .

Ocena hartowności może być oparta na:

• pomiarze bezpośrednim V_hr - jest jednak zbyt kłopotliwa.

• pomiarze grubości warstwy zahartowanej - może być porównywalna dla tych samych warunków.

• obecnie przyjmuje się średnią krytyczną tzn. największą średnicę pręta z danej stali, która może być zahartowana na wskroś.

Jako kryterium zahartowania przyjmuje się obecnie w środku pręta co najmniej 50% martenzytu.

Wyniki wpływające na hartowność

• zwiększenie zawartości pierwiastków stopowych

• a) z wyjątkiem kobaltu który przyśpiesz przemianę perlityczną

• b) najlepszym jest bar - poprawia hartowność 2-5 krotnie przy stężeniu : (0,002-0,005%)

• większe ziarna austenitu i jego jednorodność zwiększają hartowność

• zwiększają ilość węgla - zwiększa jednocześnie hartowność i twardość martenzytu

Metody określania hartowności

1. Metoda próbnego hartowania - polega na pojedynczych próbach hartowania serii próbek różniących się wielkości przekroju. Pozwala przewidywać wyniki obróbki cieplnej stali.

2. Próba hartowania od czoła - pozwala przeprowadzić ocenę hartowności na podstawie wyników badań jednej próbki o prostym cylindrycznym kształcie, bez konieczności jej przecinania. Próba polega na zahartowaniu próbki, zeszlifowaniu warstwy o grubości około 0,4 mm, a następnie pomiarze twardości w funkcji od czasu.

3. Za pomocą wykresu CTP_o

4. Metoda rachunkowa

Zestawienie wyników:

Odległość od czoła [mm]	Twardość [HRC]	Odległość od czoła [mm]	Twardość [HRC]
1,5 3,0 5,0 7,0 9,0 11 13 15 20 25 30 35	59 56 54 54 54 51 53 54 46 43 40 39	40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90	38 37 36 29 26 24 22,5 23 22 22 22

Sporządzenie wykresu zależności twardości od odległości od czoła.

Na wykresie zauważamy spadek twardości zahartowanego materiału wraz ze zwiększaniem się odległości od czoła próbki. Wykres jest tylko zbliżony kształtem do paraboli. Może to wynikać z nieumiejętności wykonanie pomiaru. Wartość twardości zahartowanej próbki zmienia się tylko na długości 70, stąd wniosek, że dalej nie została ona zahartowana.

Wykonanie ćwiczenia :

1. Materiał do badań - 40H o składzie 0,4%C, 10% Cr, 0,7% Mn, 0,25% Si, 0,039% S.

2. Hartowanie przeprowadzamy w temp. 850 ⁰C, austenityzujemy przez około 30 minut.

3. Na podstawie wykonanej próbie hartowania od czoła określimy wartość idealnej średnicy krytycznej.

Metodą analityczną Crossmana, obliczymy wartości D_n na podstawie składu chemicznego, przyjmując wielość ziarna austenitu N jako 6 i 10.

-jest to współczynnik zależny od wielkości ziarna austenitu

N - nr klasy ziarna w skali ASTM

%C - zawartość procentowa węgla

Dla

Dla

Współczynniki hartowności pierwiastków :

f=1±ax

a - stała empiryczna uwzględniająca siłę wpływu danego pierwiastka

x - koncentracja pierwiastka stopowego w %

f_Cr = 1 + 2,16 % Cr = 1 + 2,16 • 1 = 3,16

f_Si = 1 + 0,7 % Si = 1 + 0,7 • 0,25 = 1,175

f_Mn = 1+4,8 % Mn = 1 + 4,8 • 0,7 = 4,36

f_S = 1 - 0,62 % S = 1- 0,62 • 0,04 = 0,9783

f_p = 1 +2,83 % P = 1 + 2,83 • 0,03 = 1,0849

D_ni = D_p• f_Cr • f_Si • f_Mn • f_S • f_P

Dla N = 10 D_ni = 68,59

Dla N = 6 D_ni = 94,4

Idealna średnica krytyczna według obliczeń metodą Grossmana dla wielkości ziaren N = 10 D_ni = 68,59 ,a dla N = 6 D_ni = 94,4.

Wnioski:

Hartowność jest ważną charakterystyczną cechą stali, gdyż pozwala ona na racjonalny dobór stali w zależności od przekroju hartowanego elementu, tak aby nastąpiło jego zahartowanie na wskroś. Niekonieczne jest stosowanie stali o dużej hartowności na elementy o małych przekrojach i odwrotnie. Ostatecznym kryterium jest tzw. pasmo hartowności , które uwzględnia nam rozrzut hartowności wynikający z dopuszczalnych odchyłek składu chemicznego, wielkości ziarna austenitu itp. Krzywe hartowania stali z danego gatunku powinny się mieścić w obrębie pasma.

5

727°C

Przedział 30-50ºC

---