po obróbce cieplnej.doc

1.Cel ćwiczenia

              Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z technologią obróbki cieplnej, która kształtuje właściwości stopu w zależności od sposobu studzenia. Celem było także poznanie zmian struktury stopów towarzyszących zachodzącym przemianom.

2.Wprowadzenie

              Obróbka cieplna jest to proces technologiczny polegający na odpowiednim nagrzewaniu wyrobu do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu go w tej temperaturze przez określony czas oraz schłodzeniu z odpowiednią prędkością. Podczas obróbki cieplnej można  doprowadzić do powstania w stali określonej struktury, nadającej jej określone własności wytrzymałościowe.

Przemiany fazowe zachodzące podczas obróbki cieplnej powodują zmiany w mikrostrukturze stopu towarzyszą temu zmiany własności stopu w szerokich granicach.

Wyróżniamy następujące zabiegi obróbki cieplnej:

1.      Wyżarzanie

1. bez przemiany fazowej

·         odprężanie

·         rekrystalizowanie

·         ujednorodnienie

2. z przemianą fazową

·         normalizowanie

·         perlityzowanie

·         wyżarzanie izotermiczne

·         zmiękczanie

·         wyżarzanie zupełne

·         przegrzewanie

2.      Utwardzanie dyspersyjne

·         starzenie

·         przesycanie

3.      Ulepszanie cieplne

·         hartowanie

·         odpuszczanie

·         wymrażanie

·         stabilizowanie

·          

              Hartowanie to zabieg cieplny, któremu poddajemy stal, składa się z dwóch bezpośrednio po sobie fazach. Pierwsza to nagrzewanie  do temperatury powyżej przemiany austenitycznej i wygrzewanie tak długo jak to jest potrzebne by ta przemiana nastąpiła. Druga faza to schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie wydzielił się cementyt i jego struktura została zachowana do temp. przemiany martenzytycznej, w której austenit przemienia się w fazę zwaną martenzytem. Stal posiadająca strukturę martenzytyczną nazywana jest stalą martenzytyczną lub hartowną. Hartowanie przeprowadza się by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Hartowność jest zdolnością do tworzenia się struktury martenzytycznej podczas chłodzenia z temperatury austenityzacji. Za strefę zahartowaną przyjmuję się objętości zawierający co najmniej 50% martenzytu.

Hartowność stali zależy od:

·         Składu chemicznego – węgiel i wszystkie pierwiastki z wyjątkiem kobaltu,  jeśli są rozpuszczone w austenicie, zwiększają hartowność stali.

·         Jednorodności austenitu – im większa jednorodność austenitu tym większa hartowność stali.

·         Wielkość ziarna austenitu – im większe ziarno tym większa hartowność. Wynika to z faktu, zmniejszenia się uprzywilejowanych miejsc na granicach ziaren, na których dochodzi do zarodkowania cementytu.

3.Przebieg ćwiczenia

Próbki:

Stal  N11E – stal narzędziowa węglowa, nadeutektoidalna, struktura perlit + cementyt,

o zaw. węgla 1,1%C twardość wyjściowa- 35 HRC

Stal 18HGM- stal konstrukcyjna, z domieszką manganu i chromu, struktura perlit + ferryt, zaw. węgla ok. 0,18 %

              Podczas ćwiczenia pracowaliśmy przy użyciu próbek nagrzewanych w piecu rozgrzanym      do temp. 900o C.  Wyjmowane próbki były studzone kolejno w wodzie, w oleju i na powietrzu . Później  były one oczyszczane (ponieważ nawet w tak krótkim czasie następuje odwęglenie) oraz szlifowane. Każda z próbek została poddana następnie trzem pomiarom twardości  (przy użyciu twardościomierza Rockwella HRC, docisk 10 kg przez 8s).

Zamieściliśmy przykładowo mikrostruktury stali N11E,  próbka I:

Próbka wyjściowa N11E

Pow. ×500

Mikrostruktura składająca się z perlitu i cementytu                                                                                     w

w postaci skoagulowanej

Próbka studzona w wodzie

Pow. ×1000

Martenzyt.

Twardość średnia: 66 HRC

(znaczny przyrost twardości)

Próbka studzona w oleju

Pow. ×1000

Twardość średnia 44HRC

(przyrost twardości ok. 25%)

Struktura nadal składa się z perlitu i

skoagulowanych wydzieleń cementytu

Próbka studzona na powietrzu

Pow. ×1000

Studzenie nie spowodowało zahartowania

Twardość średnia 30.5 HRC

(w naszym przypadku badana próbka ma twardość

nawet mniejszą od wyjściowej).

W wyniku studzenia na powietrzu nadal mamy perlit

oraz cementyt pojawiający się na granicach ziaren

i pod postacią osobnych wydzieleń

II próbka stal  18 HGM miała strukturę wyjściową perlit + ferryt, oraz zaw. C ok. 0,18 %. Podczas obserwacji mikroskopem metalurgicznym zauważamy:

-próbka chłodzona w powietrzu stygnie najdłużej i zmienia swoją strukturę na bainit,

-próbka chłodzona w oleju zmienia swoją strukturę martenzytyczną

-próbka chłodzona w wodzie ma strukturę martenzytyczną.