Ćwiczenie nr 5 stale w stanie ulepszonym cieplnie - Notatki - Materiałoznawstwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Maria Curie-Sklodowska University in Lublin
spartacus_80
spartacus_8015 April 2013

Ćwiczenie nr 5 stale w stanie ulepszonym cieplnie - Notatki - Materiałoznawstwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Maria Curie-Sklodowska University in Lublin

DOC (79.0 KB)
5 strona
327Liczba odwiedzin
Opis
Inżynieria: notatki z dziedziny materiałoznawstwa dotyczące stali w stanie ulepszonym cieplnie. Ćwiczenie.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 5
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

ĆWICZENIE NR 5

Stale w stanie ulepszonym cieplnie 1.

PAGE 1

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze stalami poddanymi obróbce cieplnej.

2. Wstęp

Obróbka cieplna metali jest to taki zabieg technologiczny, który prowadzi do zmian własności mechanicznych w skutek przemian struktury krystalicznej wywołanych przejściami fazowymi zachodzącymi w stanie stałym. W ujęciu ogólnym proces ten przebiega w trzech etapach. Ciągłego lub stopniowego nagrzewania elementu, następnie wygrzewaniu go w temperaturze docelowej i ostatecznie stopniowemu lub skokowemu ochładzaniu. Ogólny przebieg tego procesu przedstawia poniższy wykres:

Standardowa, najczęściej stosowana obróbka cieplna stali polega na wyżarzaniu, hartowaniu lub przesycaniu oraz odpuszczaniu lub starzeniu.

W poniższym ćwiczeniu zapoznaliśmy się z próbkami stali C55 poddanej procesom hartowania oraz odpuszczania.

Hartowanie stali jest to proces, polegający na nagrzaniu a następnie wygrzaniu próbki w temperaturze, w której zachodzi przemiana fazowa. Dla stali podeutektoidalnych, o zawartości węgla poniżej 0,8% temperatura ta jest o 30-50oC większa od temperatury AC3, czyli przemiany ferrytu w austenit. Następnie chłodzi się stal z prędkością większą od krytycznej w celu wytworzenia martenzytu, składnika stali o bardzo dużej twardości. Stale nadeutektoidalne nagrzewa się tylko 30-50oC powyżej temperatury AC1, czyli temperatury przemiany perlitu w austenit z utrzymaniem cementytu w fazie stałej. Cementyt jako składnik twardy nie może ulec rozpuszczeniu, gdyż doprowadziłoby to do obniżenia twardości stali. Dodatkowo nastąpiłby niepożądany rozrost ziaren austenitu.

Proces hartowania powoduje znaczny wzrost twardości i wytrzymałości stali. Stale hartowane uzyskują twardość rzędu 60-65HRC. Jednocześnie ze wzrostem powyższych właściwości maleje plastyczność i wzrasta kruchość stali, często tak wysoka, że uniemożliwia zastosowanie w celach konstrukcyjnych. Dlatego też stosuje się proces zwany odpuszczaniem, polegający na wygrzaniu stali w pewnej ściśle określonej temperaturze niższej od temperatury przemiany fazowej. Ze względu na wysokość temperatury, odpuszczanie dzielimy na:

• niskie 100 – 250oC, • średnie 250 – 450oC, • wysokie 450 – 600oC.

Odpuszczanie niskie wykorzystywane jest do stali przeznaczonych na narzędzia skrawające, cechujące się dużą twardością i odpornością na ścieranie. Odpuszczanie to likwiduje tylko naprężenia wewnętrzne.

Odpuszczanie średnie stosowane jest w celu uzyskania stali o wysokiej granicy sprężystości przy jednoczesnym polepszeniu właściwości plastycznych. Stale po odpuszczaniu średnim stosuje się do produkcji m.in. sprężyn i resorów.

Odpuszczanie wysokie ma na celu zlikwidowanie większości naprężeń, znaczne zwiększenie plastyczności oraz udarności stali przy zachowaniu względnie wysokiej wytrzymałości.

3. Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie polegało na obserwacji przygotowanych próbek przy użyciu mikroskopu laboratoryjnego. Wszystkie próbki zostały poddane procesowi wyżarzania, szlifowania, polerowania a następnie wytrawiania 4% roztworem kwasu azotowego w alkoholu zwanym Nitalem.

4. Obserwowane próbki.

I. Stal C55 po wyżarzaniu normalizującym (rys. 1)

PAGE 1

Przedstawiona poniżej próbka stali została poddana jedynie procesowi wyżarzania normalizującego. Proces ten polega na nagrzaniu stali do temperatury, w której zachodzą przemiany perlit↔austenit, ferryt↔austenit. Celem tego procesu jest uzyskanie jednolitego i drobnego ziarna stali. Wygrzewanie to prowadzi się tak długo aż zajdzie przemiana w całej objętości elementu. Obserwowana struktura zawiera jednolicie ułożone ziarna ferrytu i perlitu.

Rysunek 1 – powiększenie 500x

II. Stal C55 hartowana w wodzie (rys. 2)

Stal hartowana w wodzie charakteryzuje się strukturą martenzytyczną w całej swojej objętości. Martenzyt jest to bardzo twardy składnik, powstający w skutek chłodzenia z dużą szybkością. Ziarna martenzytu obserwowane pod mikroskopem na zgładzie mają kształt igieł ułożonych względem siebie pod kątem 60o lub 120o. W rzeczywistości struktura przestrzenna martenzytu ma postać płytek ułożonych w pakiety.

Rysunek 2 – powiększenie 500x III.

PAGE 1

Stal C55 hartowana w oleju (rys. 3)

Stal hartowana w oleju, w skutek mniejszej temperatury chłodzenia w swojej strukturze obok martenzytu o większych igłach niż w stali hartowanej w wodzie, zawiera ziarna bardzo drobnego perlitu, zwanego trustytem. Podobnie jak w przypadku stali hartowanej w wodzie, uzyskujemy bardzo wysoką twardość, ale mniejsza prędkość chłodzenia pozwala na zmniejszenie naprężeń hartowniczych. Prędkość chłodzenia w wodzie wynosi około 600 – 800 oC/s natomiast w oleju około 200oC/s.

Rysunek 3 – powiększenie 500x

IV. Stal C55 hartowana w wodzie i odpuszczona w temperaturze 200oC (odpuszczanie niskie) (rys. 4)

Kolejną próbką była stal zahartowana w wodzie a następnie poddana procesowi odpuszczania niskiego. W strukturze można zauważyć pojawienie się austenitu szczątkowego oraz węglików ε, które wydzielają się jako pierwsze już w temperaturze 20oC. Są to struktury znacznie bogatsze w węgiel niż cementyt o przybliżonym wzorze Fe2C i cechują się ogromną twardością. Wraz ze wzrostem temperatury następuje zubożenie martenzytu z węgla na rzecz węglików ε i austenitu. Zawartość węgla w martenzycie maleje do około 0,30%. Strukturę taką nazywamy martenzytem niskoodpuszczonym.

Rysunek 4 – powiększenie 500x

V. Stal C55 hartowana w wodzie i odpuszczona w temperaturze 400oC (odpuszczanie średnie)

Struktura stali średnio odpuszczonej niewiele różni się od stali po odpuszczaniu niskim. Powyżej temperatury 250oC następuje zanik węglików ε, pojawia się natomiast cementyt, a martenzyt ulega powolnemu przekształceniu w ferryt.

VI.

PAGE 1

Stal C55 hartowana w wodzie i odpuszczona w temperaturze 600oC (odpuszczanie wysokie) (rys. 5)

Stal hartowana a następnie odpuszczana w wysokiej temperaturze jest niemal całkowicie pozbawiona ziaren martenzytu, który uległ przemianie w ferryt. Wszystkie węgliki ε przekształciły się w drobne ziarna cementytu umiejscowione na granicy ziaren ferrytu. Struktura taka charakteryzuje się znacznie większą plastycznością oraz udarnością w porównaniu ze stalami nisko i średnio odpuszczonymi.

Rysunek 5 – powiększenie 500x

5. Wnioski.

Ulepszanie cieplne stali znalazło ogromne zastosowanie w technice i konstrukcji elementów maszyn, pojazdów oraz budowli. Powyższe doświadczenie pokazało nam możliwości modyfikacji właściwości stali w zależności od konkretnych potrzeb. Dzięki odpowiedniemu dobraniu warunków hartowania a następnie odpuszczania jesteśmy w stanie uzyskać stale o różnych parametrach wytrzymałościowych, udarnościowych, plastycznych i innych. Często można w ten sposób zastosować tańszą stal węglową ulepszoną cieplnie zamiast drogich stali stopowych.

PAGE 1

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome