Sprawozdanie z ćwiczenia
Ulepszaniem cieplnym nazywamy obróbkę cieplną polegającą na zahartowaniu
i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi ono do uzyskania optymalną kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych. Twardość i wytrzymałoś spadają ale ciągliwość (A, Z, KC) rośnie. udarność jest wysoka, a stosunek Re/Rm osiąga maksymalną wartość. Problemem może być kruchość odpuszczania II rodzaju (odwracalna; jest spowodowana segregacją fosforu
i innych domieszek do granic ziarn.), która może wystąpić w przypadku powolnego
chłodzenia stali stopowych po odpuszczaniu.
Hartowaniem nazywamy operację prowadzącą do powstania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Polega na nagrzaniu stali podeutektoidalnej
30-50 0C powyżej AC3 i następnym ochłodzeniu z prędkością większą od krytycznej
przy czym przy hartowaniu martenzytycznym chłodzi się poniżej temp. MS ,a przy
bainitycznym wytrzymuje izotermicznie powyżej temp. MS aż do zajścia przemiany
pośredniej. Stale nadeutektoidalne hartuje się od temp. przekraczającej o 30-50 0C AC1.
Rodzaje hartowania.
-hartowanie zwykłe
-hartowanie przerywane
-hartowanie stopniowe
-hartowanie izotermiczne
-hartowanie powierzchniowe
Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanej stali do temperatury
niższej od A i wytrzymaniu w tej temp. przez czas konieczny do zajścia przemiany.
Główną i najistotniejszą przemianą jaka zachodzi w zahartowanej stali jest rozkład
martenzytu na mieszaninę faz złożoną z ferrytu i węglików.
Rodzaje odpuszczania
-odpuszczanie niskie (100-250 0C)
-odpuszczanie średnie (250-450 0C)
-odpuszczanie wysokie(450-600 0C)
Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia było przeprowadzenie obróbki cieplnej stali, polegającej na hartowaniu i odpuszczaniu oraz zbadanie, jaki wpływ obróbka cieplna wywiera na strukturę i własności mechaniczne stali.
Przebieg ćwiczenia
Z pręta (Stal węglowa 45 w stanie wyżarzonym) f 12 mm wykonano próbki do
obserwacji struktury i pomiaru twardości (krążki) oraz próbki (nietypowe) do pomiaru udarności.
Określić należało:
a) strukturę, twardość i udarność stali w stanie wyjściowym (nieobrobionej cieplnie)
próbki oznaczone numerem 1
b) strukturę, twardość i udarność po zahartowaniu
próbki oznaczone numerem 2
c) twardość i udarność stali po hartowaniu i odpuszczaniu
próbki oznaczone numerami 3,4
d) strukturę, twardość i udarność stali po odpuszczaniu wysokim
próbki oznaczone numerem 5
Kolejność wykonywanych czynności.
a) Próbek oznaczonych nr.1 nie należało obrabiać cieplnie. Krążek służył do wykonania szlifu metalograficznego. Po wyszlifowaniu, wypolerowaniu
i wytrawieniu nitalem należy obserwować i narysować strukturę stali. Następnie
należało zmierzyć jej twardość metodą Rockwella stosując penetrator stożkowy
i obciążenie 100 kG (skala HRD). Próbkę do pomiaru udarności należało odłożyć.
b) Próbki oznaczone nr.2-5 należało umieścić w piecu o temp. 850 0 C i wygrzewać w ciągu 20 minut, następnie zahartować w wodzie.
c) Zbadać i narysować strukturę oraz zmierzyć twardość HRD próbki nr.2 Próbkę
nr.2 do pomiaru udarności należało odłożyć.
d) Pozostałe próbki należało odpuszczać. Próbki nr.3 (parę próbek) w temp. 200 0 C,
próbki nr 4 w temp. 350 0 C, próbki nr 5 w temp. 550 0 C. Czas odpuszczania wszystkich próbek wynosił 1 godzinę. Po ostudzeniu na powietrzu zmierzyć twardość HRD próbek nr 3,4,5 (wcześniej przeszlifować zgrubnie ich powierzchnie czołowe). Wykonać szlif metalograficzny próbki odpuszczonej w
temp. 550 0 C, należało obserwować i narysować schematycznie strukturę.
e) Wykonać pomiary udarności próbek 1-5 łamiąc je na młocie Charpy’ego
(Przed złamaniem zmierzyć średnicę w miejscu karbu).
Wyniki doświadczenia.
Średnica próbki (w miejscu karbu) D=10,5 mm
Pole powierzchni próbki S0= (p*D 2)/4=0.87 cm 2
Próbka 1
Twardość = 28 HRD
Udarność
K-praca potrzebna do złamania próbki.
K=5.2kGm*10m/s2=52 J
KC =K/S0=59.8 J/cm 2
Struktura :ferrytyczno-prlityczna
Próbka 2
Twardość = 56 HRD
K=2.4kGm*10m/s2=24 J
KC= 27.6 J/cm 2
Struktura
Próbka 3
Twardość = 57 HRD
K=1.8kGm*10m/s2=18J
KC=20.7 J/cm 2
Próbka 4
Twardość = 46 HRD
K=3.9kGm*10m/s2=39J
KC=44.8 J/cm 2
Próbka 5
Twardość = 37.4 HRD
K=11.6kGm*10m/s2=116J
KC=133.4 J/cm 2
Wniosek:
Hartowanie (w tym przypadku zwykłe) powoduje wzrost twardości oraz spadek własności plastycznych-udarności względem stanu wyżarzonego.
Odpuszczanie niskie nie powoduje większych zmian twardości i udarności
względem stanu zahartowanego.(Twardość próbek porównywalna, mały spadek
udarności próbki odpuszczanej).
Opuszczanie średnie daje lepszą kombinację własności wytrzymałościowych
i plastycznych niż w przypadku próbek w stanie wyżarzonym, zahartowanym
i nisko odpuszczonym (twardość próbki maleje natomiast udarność rośnie).
Opuszczanie wysokie powoduje dalszy spadek twardości i gwałtowny wzrost
udarności.
Obróbka cieplna polegająca na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu
stali prowadzi do optymalnej kombinacji własności wytrzymałościowych
i plastycznych
chomcio_stefan