Lab-nr-7-Hartownosc.docx

Wojskowa akademia techniczna

Wydział Mechatroniki

Zakład Wspomagania, Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji

Ćwiczenie laboratoryjne

Nr ……………

Temat: …………………………………………………………………………………….

Prowadzący: ……………………………………………………………………………...

Ocena ………………………..

I.       Wstęp teoretyczny

Hartowność stali- to zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej w głąb materiału przy oziębianiu stali to temperatury hartowania; to zdolność materiału do utwardzania w głąb , w wyniku chłodzenia po nagrzaniu do temperatur powyżej krytycznych.

Hartowanie- to zabieg polegający na chłodzeniu stali  z temperatur hartowania do temperatury otoczenia z szybkościami większymi od szybkości krytycznej.

Krytyczna szybkość chłodzenia jest to najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której nie następuje rozpad przesyconego roztworu stałego, lecz zachodzi przemiana martenzytyczna. Szybkość krytyczna uzależniona jest od ilości i rodzaju dodatków stopowych.

Wpływ różnej szybkości chłodzenia na hartowność stali

Z rysunku wynika, że w trakcie hartowania wraz ze wzrostem odległości od powierzchni hartowanej stali obniża się szybkość chłodzenia.  Z największą szybkością chłodzona jest powierzchnia badanej stali. W przypadku, gdy szybkość ta będzie co najmniej równa szybkości krytycznej, powstanie martenzyt (punkty a – b na rys.7.1). Natomiast gdy szybkość chłodzenia będzie niższa od krytycznej – powstaną struktury bainityczne, bainityczno-perlityczne i perlityczne.

Średnicę krytyczną- to największa  średnica pręta okrągłego hartującego się na wskroś, tzn. w osi tego pręta powstaje struktura półmartenzytyczna, składająca się z 50% martenzytu i 50% struktur niemartenzytycznych; Twardość struktury półmartenzytycznej nosi nazwę twardości krytycznej.

Wpływ zawartości węgla na twardość krytyczną stali 1- węglowych, 2- niskostopowych

Na rysunku przedstawiono wpływ węgla w stalach węglowych i niskostopowych na twardość krytyczną. Twardość ta zależy głównie od zawartości węgla w stali, a w znacznie mniejszym stopniu od zawartości składników stopowych.

Hartowność zależy nie tylko od zawartości węgla i innych pierwiastków, lecz również od wielkości ziarna, jednorodności chłodzonego austenitu i innych czynników.

Największy wpływ na hartowność mają: chrom, molibden i mangan.  W przypadku wymagania dużej hartowności stosuje się zamiast jednego dwa lub trzy składniki stopowe. Wynika to z ograniczeń w zwiększeniu zawartości dodatków stopowych oraz  z faktu, że dwa składniki bardziej zwiększają hartowność niż jeden w takiej samej ilości jak suma tych składników.

Warunkiem otrzymania najwyższych (optymalnych) właściwości mechanicznych w stanie zahartowania i odpuszczania jest uzyskanie ziarnistych produktów odpuszczania w całym przekroju, czyli zahartowanie przedmiotu na wskroś. Im większa wytrzymałość wymagana jest od części konstrukcyjnych, a także im większy  jest przekrój części, tym większe znaczenie ma hartowność i  ulepszanie na wskroś.

Jedną z najprostszych jest metoda wyznaczania rozkładu twardości na przekroju zahartowanego pręta. Jedną z metod wyznaczania średnicy krytycznej jest metoda obliczeniowa, tzw. Metoda mnożników Grossmanna. Według niej mamy:

DJ = DJW ∙K1∙K2 … Kn

gdzie:

DJ – idealna śrenica krytyczna stali stopowej;

DJW – idealna średnica krytyczna stali węglowej o tej samej zawartości węgla i              wielkości ziarna co badana stal

K1∙K2 … Kn – współczynniki dla odpowiedniego składnika stopowego (poza węglem) podawane na odpowiednich wykresach.

Najszersze zastosowania, szczególnie dla stali konstrukcyjnej o średniej hartowności, znajduje próba hartowności metodą hartowania od czoła, wzorowana na metodzie Jominy’ego i Boegeholda. Próba polega na nagrzaniu próbki, o określonych wymiarach, do temperatury hartowania, wytrzymaniu w tej temperaturze przez określony czas, następnie ochłodzeniu strumieniem wody czoła jednego końca próbki i dokonaniu pomiarów twardości wzdłuż jej długości.

Zahartowaną próbkę należy przeszlifować przy intensywnym chłodzeniu w dwóch jednakowo oddalonych od osi próbki i równoległych do osi próbki płaszczyznach. Pomiary twardości dokonuje się metodą Rockwella lub Vickersa. Przed przystąpieniem do pomiaru twardości na drugiej płaszczyźnie  pomiarowej należy zeszlifować nierówności powstałe na pierwszej płaszczyźnie w czasie pomiaru.

Wartość twardości w określonej odległości od czoła próbki stanowi średnia dwóch wyników pomiaru, wykonanych na przeciwległych płaszczyznach próbki w tej samej odległości od czoła. Pełny zapis wyników stanowi krzywa lub pasmo hartowności.

Do wad metody Jominy’ego należy niedokładność wyników dla stali płytkohartujących się, takich jak stale węglowe i niektóre stale niskostopowe do nawęglania oraz stali hartujących się na powietrzu.

II.    Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zbadanie hartowności stali  od czoła i z zastosowaniem tej próby do określenia przydatności poszczególnych gatunków stali do obróbki cieplnej.

III. Stanowisko laboratoryjne

W skład stanowiska do badania hartowności stali od czoła wchodzą:

Ø      urządzenia do badania hartowności, wykonane zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie PN-79/H-04402. „Próba hartowności stali. Metoda hartowania od czoła”;

Ø      piec silitowy komorowy typu LEW produkcji NRD, sterowany regulatorem programatorem typu 33-P-02;

Ø      szlifierka do płaszczyzn typu SPC20;

Ø      twardościomierz Rockwella (ewentualnie Vickersa);

Ø      suwmiarka;

Ø      rękawice azbestowe i inne ochrony osobiste stosowane w pracowni obróbki cieplnej;

Ø      próbki wykonane ze stali konstrukcyjnych.

IV.                        Przebieg ćwiczenia

Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy:

ü       na podstawie charakterystyk stali lub Polskich Norm zaznajomić się ze składem chemicznym i właściwościami stali, z których wykonano próbki do badania hartowności;

ü       ustalić temperatury hartowania badanych stali i przygotować tabelę celem zamieszczenia w niej wyników pomiarów twardości:

ü       następnie po dwie próbki z trzech wytypowanych gatunków stali konstrukcyjnej nagrzewać równomiernie do  średniej temperatury hartowania określonej w normie dla danego gatunku stali lub do temperatury Ac3 + (30 + 50°C). Czas wytrzymania w temperaturze powinien wynosić 30 ± 5 minut;

ü       przygotować urządzenie do badania hartowności zapewniając: utrzymanie stałej odległości od czoła próbki do wylotu dyszy wodnej (wynoszącej 12,5 ± 0,5 m), uzyskanie przed próbki w uchwycie urządzenia hartowniczego stałej wysokości wytrysku wody z dyszy  (wynoszącej 65  ± 10 mm) oraz współosiowe ustawienie próbki  w stosunku do dyszy;

ü       próbkę nagrzaną przenieść z pieca do uchwytu urządzenia hartowniczego i następnie odsunąć przesłonę dyszy. Całkowity czas tych czynności nie powinien przekraczać 5 sekund;

ü       próbkę chłodzić przez co najmniej 10 minut;

ü       po ochłodzeniu próbki, zeszlifować warstwy o grubości 0,4 do 0,5 mm wzdłuż jej przeciwległych tworzących, a następnie mierzyć twardość metodą Rockwella w skali C na obu zeszlifowanych powierzchniach, zaczynając od czoła próbki w odległościach, zaczynając od czoła próbki w odległościach 1,5; 3; 5; 7; 9; 11; 15;  20 i 25 mm;

ü       obliczyć  średnią arytmetyczną z dwóch przeciwległych pomiarów twardości i jej wartość wpisać w odpowiednich rubrykach tabeli

ü       sporządzić na papierze milimetrowym krzywe hartowności oddzielnie dla każdego gatunku badanej stali.

KARTA POMIAROWA