I Co to jest hartowność stali i krytyczna prędkość chłodzenia ?

Hartownością nazywamy zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej a takż zdolność stali do utwardzania w procesie hartowania w stopniu zależnym od szybkości chłodzenia. Z hartownością wiążą się następujące cechy:

- głębokość hartowania

• max twardość uzyskiwana na powierzchni

• skłonność do tworzenia rys i pęknięć.

O hartowności stali współdecydują

• Utwardzalność - mierzona największą możliwą do uzyskania twardością przy danych warunkach austenityzowania zależy ona głównie od węgla w austenicie

• Przehartowalność - mierzona głębokością utwardzenia przy określonej szybkości chłodzenia przehartowalność zwiększa się przy wzroście stężenia węgla i dodatków stopowych w roztworze stałym.

Do pierwiastków najbardziej zwiększających hartowność stali zaliczamy : mangan, molbden, chrom, bor - 0,003% .

Zahartowalność stali zależy od tego czy została osiągnięta krytyczna prędkość chłodzenia

Krytyczna prędkość chłodzenia tj. interpretuje się jako prędkość zabezpieczającą przed wystąpieniem przemian dyfuzyjnych , które zachodzą w wyższych temp. Niż przemiana martenzytyczna i rozkładają austenit umożliwiają jego przemianę w martenzyt.

2. Jak austenit szczątkowy wpływa na własności stali ?

Austenit szczątkowy odgrywa rolę głównie w stalach narzędziowych , nawęglanych i łożyskowych , gdyż zawierają one stosunkowo dużo węgla i pierwiastków i są nisko odpuszczane ( austenit szczątkowy wówczas się nie rozkłada ) . Austenit szczątkowy obniża twardość zahartowalność stali , gdyż w przeciwieństwie do martenzytu jest miękki. Nie znaczy to , że jest on jednoznacznie fazą szkodliwą. Zwiększa on odporność stali na ścieranie i powierzchniową wytrzymałość zmęczeniową oraz zmniejsza skłonność stali do kruchego pękania. Wadą jest natomiast zwiększanie skłonności do pęknięć szlifierskich oraz powodowanie niestabilności wymiarowej i obniżenie odporności korozyjne.

3. Jakie ośrodki chłodzenia stosuje się do hartowania stali ?

Do hartowania stosuje się najczęściej ośrodki ( wg malejącej intensywności chłodzenia ) : woda z NaCl lub NaOH , woda, olej, mgła wodna , sprężone powietrze , wolne powietrze.

Ośrodki chłodzenia umożliwiają różne szybkości chłodzenia przy różnych temp. Właściwy ośrodek dobiera się pod kątem zapewnienia prędkości chłodzenia większej od krytycznej; nie może jednak wywoływać rys i pęknięć. Najbardziej energiczne ośrodki stosuje się w przypadku hartowania stali węglowych niekiedy stosuje się dwa ośrodki chłodzenia (woda do oleju) co pozwala na uzyskanie dużej twardości na powierzchni a jednocześnie na zmniejszenie naprężeń i pęknięć. Stosowane są kąpiele chłodzące do hartowania stopniowego izotermicznego.

4 . Jak się określa hartowność w próbie od czoła.

Punktem wyjścia jest wykonanie próbki cylindrycznej φ 25x 100 mm. Próbkę poddaje soę austentyzowniu i hartuje chłodząc od czoła natryskiem wodyw specjalnym urządzeniu. Po ochłodzeniu próbkę zeszlifowuje się po 0,4 + 0,5 mm wzdłuż przeciwległych tworzyw , po czym dokonuje się pomiaru twardości aparatem Rockwella na skali C. Wyniki pomiarów nanosi się na wykres zależności twardości od odległości od czoła . Za pomocą wykresu określa się odległość od czoła , która jest podstawą do określenia średnicy lub idealnej średnicy krytycznej za pomocą nomogramu .

5 . Na czym polega określanie hartowności metodą obliczeniową ( Grossmana) ?

Istotą metody jest liczbowe ujęcie wpływu składu chemicznego stali i wielkości ziaren austenitu na jej hartowność. Najpierw oblicza się podstawową średnicę krytyczną zależną od zawartości węgla oraz wielkości ziarna . Jest ona proporcjonalna do % C. Następnie wyliczoną idealną średnice krytyczną mnoży się przez współczynniki hartowności poszczególnych pierwiastków stopowych o ogólnej postaci f=1 + ax a- stała empiryczna uwzględniająca siłę wpływu danego pierwiastka , ax - koncentracja danego pierwiastka stopowego w % mas.

6. Od czego zależy średnica krytyczna ?

Średnica krytyczna zależy od właściwości stali i intensywności chłodzenia. Pierwszy czynnik ma ścisły związek z krytyczną prędkością chłodzenia , a więc te czynniki , które przesuwają krzywą początku dyfuzyjnego rozkładu austenitu na wykresie CTP w prawo sprzyjają wzrostowi hartowności. Są to pierwiastki stopowe zawarte w stali , gruboziarnistość austenitu (mała powierzchnia granic ziarna, gdzie powstają zarodki przemiany dyfuzyjnej)i jego jednorodność. Drugi czynnik ma związek z warunkiem osiągnięcia krytycznej prędkości chłodzenia w rdzeniu hartowanego elementu. Stosowanie bardziej energicznych ośrodków chłodzących pozwala na uzyskanie tej prędkości w środku grubszych elementów , ale grozi to powstaniem rys i pęknięć na powierzchni. Stosowanie ośrodków chłodzących o większej intensywności chłodzenia prowadzi do wzrostu hartowności w ograniczonym zakresie ze względu na naprężenia.

7. Wymień i opisz rodzaje hartowania powierzchniowego ?

Hartownie powierzchniowe Jest to rodzaj obr. cipl. , która polega na wytwarzaniu struktury martenztycznej jedynie w cienkiej strefie powierzchniowej , nie wywołują zmian strukturalnych w rdzeniu obrabialnego elementu. W wyniku otrzymujemy korzystną kombinację własności : twardą i odporną na ścieranie i zmęczenie powierzchnię i ciągliwy rdzeń. Uzyskuje się poprzez nagrzanie do temp. Wyższej od A_C3 tylko cienkiej warstwy przypowierzchniowej i szybkie ochłodzenie jej wodą

Rodzaje:

1. płomieniowe - hartownie powierzchniowe z nagrzewaniem płomieniowym przeprowadza się za pomocą palników acetylenowych, które łączy się tak aby można było jednocześnie nagrzewać większą powierzchnię . Palniki przesuwają się stopniowo z prędkościąwzdłuż powierzchni nagrzewają ją, a tuż za nimi następuje natrysk wody. To nagrzewanie jest nie jest zbyt szybkie i w związku z tym nagrzewana strefa nie jest na ogół mniejsza niż 2÷6 mm Stosowany do ciężkich elementów maszyn np. koła zębate, bieżnie itp.

2. Indukcyjne - nagrzewanie powierzchni następuje za pomocą prądów o wysokiej częstotliwości , które poprzez odpowiednio ukształtowany induktor znajdujący się blisko nagrzewanej powierzchni wytwarza szybkozminny strumień magnetyczny indukujący prądy wirowe. Ponieważ efektywność nagrzewania jest w tym przypadku większa niż przy palnikowym , a efekt naskórkowy działa na małej głębokości , grubości warstw zahartowanych są mniejsze i wynoszą powyżej ok. 0,3 mm . Zależy od częstotliwości prądu f (d~1/f) . to nagrzewanie powoduje małe utlenianie odwęglanie i odkształcanie.

3. Elektrolityczna - polega na nagrzaniu w elektrodzie ( 5% roztwór wodny Na₂CO₃ ) Hartowany element stanowi katodę . W wyniku przepływu prądu na powierzchni elementu wydziela się warstwa wodoru, wywołująca opór dla jego przepływu .

Powoduje to szybkie nagrzewanie powierzchni Ośrodkiem chłodzącym jest elektrolit.

8.Co to jest ulepszanie cieplne ?

Ulepszaniem cieplnym nazywamy obr. ciepl. Polegającą na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi ono do uzyskania najlepszej kombinacji własności wytrzymałościowych i plastycznych. Twardość i wytrzymałość spadają ale ciągliwość rośnie . Udarność jest bardzo wysoka a R_e/R_m = max. Problemem może być kruchość odpuszczania II rodzaju, która może wystąpić przy powolnym chłodzeniu stali stopowych po odpuszczaniu.

9. Co to jest zabieg cieplny i operacje o. c.?

Zabiegiem cieplnym nazywamy część operacji ( np. nagrzewanie , wygrzewanie , chłodzeni. Operacja o.c. jest to część procesu technolg. (np. wyżarzanie , hartowanie ) . Stanowi cykl zmian temp. Obejmujący zabiegi nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia. Operacja o. c może być przedstawiona na wykresie temp. - czas.

10. Wymień i opisz rodzaje hartowania objętościowego.

---