Marek Jastrzębski
126645
Inż. materiałowa
Sem. VI
Rok ak. 2006/07
LABORATORIUM
Obróbki cieplnej
ćw. nr. 7
Temat: Odpuszczanie stali.
.
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze strukturami i właściwościami stali po odpuszczaniu.
2. Wstęp teoretyczny:
Odpuszczanie jest to zabieg cieplny stosowany do przedmiotów uprzednio zahartowanych, polegający na nagrzaniu ich do temperatury niższej od przemian fazowych, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem powolnym lub przyspieszonym. Jest ono stosowane w celu polepszenia właściwości elementów przy jednoczesnym usunięciu naprężeń własnych, które mogłyby doprowadzić do ich pękania.
Zależnie od temperatury, w jakiej przebiega proces, rozróżnia się:
· odpuszczanie niskie, w zakresie temperatur 180-250°C, którego głównym celem jest
usunięcie naprężeń hartowniczych z zachowaniem wysokiej twardości, stosuje się przy narzędziach
· odpuszczanie średnie, w zakresie temperatur 250-500°C, mające na celu nadanie
przedmiotom dużej wytrzymałości i sprężystości przy dostatecznej udarności, stosowane przy obróbce sprężyn, resorów, części mechanizmów pracujących na uderzenie np. młoty, części broni maszynowej, części samochodowych itp.
· odpuszczanie wysokie, w zakresie temperatur 500-650°C, mające na celu nadanie dużej wytrzymałości na rozciąganie, dużej twardości, z zachowaniem odpowiedniej plastyczności, stal odpuszczana wysoko nadaje się do obróbki skrawaniem
Przemiany zachodzące w martenzycie podczas nagrzewania można podzielić na cztery etapy.
· Pierwsze stadium 80 – 200°C jest związane z rozkładem martenzytu i wydzieleniem w nim węglika Fe2C o strukturze heksagonalnej. Następuje zmniejszenie stężeniae węgla w austenicie; zmniejszenie tetragonalności martenzytu, tworzy się martenzyt o sieci regularnej – martenzyt odpuszczony.
· Drugie stadium 200 – 300°C jest związane z dalszym wydzielaniem się z roztworu węglika e , skutkiem czego zawartość węgla w martenzycie maleje do około 0,15%; równocześnie zachodzi dyfuzyjna przemiana austenitu szczątkowego w strukturę o charakterze bainitycznym; w etapie tym otrzymujemy mieszaninę ferrytu nieznacznie przesyconego węglem oraz węglika e. W miarę wydzielania się węglików z martenzytu stopień tetragonalności jego struktury sieciowej c/a maleje
· Trzecie stadium 300° – 400° C następuje całkowite wydzielenie węgla z roztworu a wydzielone węgliki e ulegają przemianie na cementyt; otrzymana struktura w tym etapie jest mieszaniną ferrytu i cementytu.
· Czwarte stadium 400 – 650°C zachodzi w nim koagulacja cząsteczek cementytu, wzrastająca ze wzrostem temperatury. Struktura otrzymana w tym zakresie temperatur będąca mieszaniną ferrytu i cementytu nazywa się sorbitem (cząstki cementytu mają kształt globularny). Na tym etapie następuje całkowite usunięcie naprężeń.
3. Przebieg ćwiczenia:
W ćwiczeniu używaliśmy próbek ze stali C65. Pręty stalowe zostały zahartowane ( czas austenityzacji 30 min, temp. procesu 870°C) a następnie:
- próbka nr. 1 została wysoko odpuszczona.
- próbka nr. 2 została nisko odpuszczona.
Dodatkowo badania twardości i obserwacje struktur zostały przeprowadzone na próbkach: zahartowanej i w stanie surowym.
4. Wyniki pomiarów:
a) Próbka w stanie surowym (bez obróbki cieplnej):
· stal C65
· powiększenie: 500×
· trawienie: Mi1Fe
· stan: surowy
· struktura: perlityczno-ferrytyczna
b) Próbka poddana hartowaniu:
· stan: hartowana
· struktura: martenzytyczna z niewielką ilością austenitu szczątkowego
c) Próbka poddana hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu:
· stan: hartowanie i wysokie odpuszczannie (T=600°C, t=45 min)
· struktura: sorbityczna z wydzieleniami węglika ε
d) Próbka poddana hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu:
· stan: hartowana i nisko odpuszczana (T=200°C, t=45 min)
· struktura: martenzyt niskoodpuszczony z wydzieleniami węglika ε, mała ilość austenitu szczątkowego
Próbka
Twardość HRC
1
2
3
średnia
a
24
25
24,33
b
62
c
28
29
28,33
d
56
54
55,33
5. Wnioski:
W przeprowadzonym ćwiczeniu mogliśmy porównać struktury materiałów po hartowaniu i po odpuszczaniu oraz przekonać się jaki wpływ ma to na własności materiału.
Struktura badanej stali nie poddanej żadnej obróbce jest typowa dla stali o zawartości węgla 0,65% czyli perlityczno ferrytyczna. Twardość takiej stali jest niewielka (≈24HRC). Po zahartowaniu twardość wzrosła prawie 2,5 razy i wynosiła 62 HRC. Zmieniła się także struktura z perlityczno ferrytycznej na martenzytyczną. Jednak ze względu na nagromadzone naprężenia struktura ta jest dość krucha.
W kolejnej próbce - c) – przeprowadzone zostało wysokie odpuszczanie. Proces ten zaowocował na zmianie struktury z martenzytycznej na sorbityczną. Struktura sorbityczna są to skoagulowane wydzielenia cementytu na tle ferrytu. W wyniku tego procesu nastąpił bardzo znaczny spadek twardości, kosztem tego zwiększyła się jednak plastyczność materiału.
W ostatniej próbce, przeprowadzono zostało niskie odpuszczanie. Nastąpił nieznaczny spadek twardości, bez znacznych zmian strukturalnych. Proces ten spowodował głownie usunięcie naprężeń hartowniczych.
rudyrpg