Stale węglowe i obróbki cieplne - Notatki - Materiałoznawstwo, Notatki z Inżynieria materiałowa

Pobierz Stale węglowe i obróbki cieplne - Notatki - Materiałoznawstwo i więcej Notatki w PDF z Inżynieria materiałowa tylko na Docsity! MATERIAŁOZNAWSTWO LABORATORIUM NR 3 Temat: Stale węglowe i obróbki cieplne Emilia Ludwig I rok ZiIP II semestr Gr. 13 A Cel laboratorium Celem laboratorium nr 3 jest zapoznanie się z wpływem zawartości węgla na własności mechaniczne i strukturę po obróbkach cieplnych. Podstawowe pojęcia dotyczące stali węglowych i obróbek cieplnych. 1. Układ równowagi żelazo – cementyt z opisem strukturalnym 2. Podział stali ze względu na zastosowanie (oznakowanie stali) 2.)a stale konstrukcyjne (zawartość węgla do 0,7 %) - zwykłej jakości (ogólnego przeznaczenia) oznaczane są: St0; St3 do St7 dodatkowo S – do spawania X – nieuspokojone Y – półuspokojone - niestopowe do utwardzenia powierzchniowego i ulepszania cieplnego oznaczane są liczbą dwucyfrową oznaczającą zawartość węgla w setnych częściach procenta np. 10 – 0,1%C b) stale narzędziowe (zawartość węgla od 0,7 – 1,4 %) oznaczane są np. N7E– gdzie liczba oznacza dziesiąte części procenta zawartości węgla • płytkohartujące się (oznaczane literą E) • głębokohartujące się. 3. Podział stali ze względu na stopień odtlenienia 3.)a uspokojone – zawierają pierwiastki (Al., Si, Mn) o dużym powinowactwie do tlenu w takich ilościach, aby nastąpiło dalsze odtlenianie ciekłej stali, a nie zachodziła reakcja odtleniania drogą utleniania węgla we wlewnicy 3.)b półuspokojone – wstępne odtlenianie przeprowadza się mniejsza ilością odtleniaczy, w wyniku czego we wlewnicy występuje częściowe odtlenianie węglem rozpuszczonym w kąpieli. Wydzielający się tlenek węgla tworzy pęcherze gazowe, które kompensują częściowo skurcz przy krzepnięciu. 3.)c nieuspokojone – minimalna ilość pierwiastków odtleniających powoduje intensywne odtlenianie we wlewnicy drogą reakcji węgla z tlenem rozpuszczonym w żelazie. Powstaje duża ilość pęcherzy gazowych. 4. Podział stali ze względu na zawartość węgla a) • niskowęglowe (poniżej 0,25% C) • średniowęglowe (od 0,25 do 0,6 % C) • wysokowęglowe (powyżej 0,6% C) b) • podeutektoidalne (perlityczno – ferrytyczne) • eutektoidalne (perlityczne) • nadeutektoidalne (perlit + cementyt) 5. Fazy i składniki strukturalne występujące w układzie żelazo – cementyt 2 Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poniżej temperatury początku przemiany martenzytycznej, aż do temperatury otoczenia. Prędkość chłodzenia powinna być dobrana tak, by nie nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne, niż w oleju. Hartowanie stopniowe Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle ze stopionej saletry, do temperatury nieco powyżej temperatury przemiany martenzytycznej i przetrzymaniu w tej temperaturze, by nastąpiło wyrównanie temperatur w całym przekroju przedmiotu. W drugiej fazie, już w kąpieli wodnej lub olejowej, następuje dalsze schładzanie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych. Wymaga jednak dużej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej. Hartowanie izotermiczne Jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Nagrzany przedmiot utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powyżej początku przemiany martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, iż kąpiel zachowuje stałą temperaturę. W hartowaniu tego typu nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy, np. bainit, dając stali własności podobne jak po hartowaniu z odpuszczaniem. Zaletą metody jest brak naprężeń hartowniczych, lecz jest ona procesem długotrwałym, niekiedy przeciągającym się do kilku godzin. Hartowanie powierzchniowe metoda, w której, nie nagrzewa się całego przedmiotu (hartowanie na wskroś) lecz tylko powierzchnie przedmiotu. W związku z tym tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu. Stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest utwardzenie tylko fragmentów powierzchni przedmiotu. Istnieje kilka metod hartowania powierzchniowego. Hartowanie płomieniowe - Powierzchnia przedmiotu lub jej fragment nagrzewana jest płomieniem palnika, a następnie schładzana silnym strumieniem wody. Hartowanie indukcyjne - Przedmiot przeciągany jest przez cewkę, otaczającą go (możliwie najciaśniej). Prądy wirowe, powstałe w przedmiocie, powodują efekt powierzchniowy, w którym, wskutek oporności materiału, zamieniają się na ciepło. Mimo konieczności budowy skomplikowanych stanowisk hartowniczych, metoda ta zyskuje na popularności, ze względu na możliwość kontrolowania temperatury oraz głębokości nagrzewania. Hartowanie kąpielowe - Polega na zanurzeniu przedmiotu w kąpieli saletrowej lub ołowiowej i przetrzymaniu w niej na krótką chwilę. Temperatura kąpieli musi być na tyle wysoka, by w jej czasie powierzchnia przedmiotu podniosła się ponad temperaturę przemiany austenitycznej. Odpuszczanie – jest zabiegiem cieplnym, któremu poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmiana własności fizycznych zahartowanej stali, a przede wszystkim zmniejszenie twardości, a podniesienie udarności zahartowanej stali. Odpuszczanie polega na rozgrzaniu zahartowanego wcześniej przedmiotu do temperatury w granicach 150° do 650°C, przetrzymywaniu w tej temperaturze przez pewien czas, a następnie schłodzeniu. W czasie odpuszczania całość lub część martenzytu zawartego w zahartowanej stali rozpada się, wydzielając bardzo drobne ziarna cementytu, tworząc fazę zwaną sorbitem lub troostytem. Ze względu na temperaturę może być: 5 Odpuszczanie niskie Przeprowadza się je w temperaturach w granicach 150° do 250°C. Celem jego jest usuniecie naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu w strukturze wysokiego udziału martenzytu, a przez to zachowanie wysokiej twardości. Stosuje się przy narzędziach. Odpuszczanie średnie Przeprowadza się je w temperaturach w granicach 250° do 500°C. Stosowane w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i sprężystości przy znacznym obniżeniu twardości. Stosowane przy obróbce sprężyn, resorów, części mechanizmów pracujących na uderzenie np. młoty, części broni maszynowej, części samochodowych itp. Odpuszczanie wysokie Przeprowadza się je w temperaturach powyżej 500°C w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości przy niskiej twardości. Stal odpuszczana wysoko nadaje się do obróbki skrawaniem. Podczas odpuszczania występuje kruchość odpuszczania, którą dzielimy na: • kruchość odpuszczania I rodzaju i jest to kruchość nieodwracalna, zachodzi w zakresie temperatur 250-450°C, powoduje zmniejszenie odporności na pękanie • kruchość odpuszczania II rodzaju i jest kruchościa odwracalną, zachodzi powyżej 500°C i powolnym chłodzeniu Ćwiczenie: Cel ćwiczenia: Wyżarzanie, hartowanie stali o 0,15% oraz 0,45% zawartości węgla, sprawdzenie własności mechanicznych stali o różnych zawartościach węgla oraz ich struktury po obróbkach cieplnych. Przebieg ćwiczenia: Rodzaj stali (ze względu Temperatura Czas [min] Ośrodek chłodzący 6 na zawartość węgla) wyżarzania [ºC] ST15 850º C 30 min woda ST45 850º C 30 min woda I etap: Najpierw wykonaliśmy badanie twardości metoda Rockwella ST15 i ST45, których nie poddaliśmy operacji obróbki cieplnej. ST15 Pomiary: 1.HRD=15,5 2.HRD=18 3.HRD=11 Średnia pomiarów twardości stali niskowęglowej HRD = 15. ST45 Pomiary: 1.HRD=33,5 2.HRD=33,5 3.HRD=35 Średnia pomiarów twardości stali średniowęglowej HRD = 34. Można zauważyć, że im więcej zawartości węgla w stali tym własności mechaniczne rosną. II etap: Badanie twardości metodą Rockwella ST15 i ST45 po wykonaniu operacji obróbki cieplnej. ST15 Pomiary: 1.HRD=43,5 2.HRD=53 3.HRD=57 Średnia pomiarów twardości stali niskowęglowej po hartowaniu HRD=51. ST45 Pomiary: 1.HRD=64 2.HRD=67 3.HRD-67 Średnia pomiarów twardości stali średniowęglowej po hartowaniu HRD=66. Wnioski: Twardość stali niskowęglowej ST15 i średniowęglowej ST45 po operacjach obróbki cieplnej jest większa, wynika z tego, że po hartowaniu polepszają się własności mechaniczne stali, kosztem własności plastycznych a granica plastyczności staje się granicą wytrzymałości materiału. 7