POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ PODSTAW TECHNIKI

Kierunek: EDUKACJA TECHNICZNO-INFORMATYCZNA

Praca inżynierska

Projekt stanowiska do badań hartowności stopów żelaza

Praca wykonana pod kierunkiem : Autor:

dr. hab. inż. Grzegorza Szweda Dariusz Pydyś

nr albumu: 71410

Lublin 2014

Spis treści

1. Wstęp…………………………………………………………………3

1.1. Cel i zakres pracy………………………………………………3

2. Obróbka cieplna metali………………………………………..….5

2.1. Historia rozwoju obróbki cieplnej…………………………….…5

2.2. Pojęcie i klasyfikacja obróbki cieplnej hartowaniem…….….…8

2.2.1. Hartowania, jako rodzaj obróbki cieplnej……………...……8

2.2.2. Metody hartowania stopów żelaza…………………….…….10

2.3. Przemiany zachodzące podczas procesu hartowania…...…….11

3. Metody badań hartowności stopów żelaza...................................14

3.1. Ogólna charakterystyka hartowności stopów żelaza……….....14

3.1.1. Czynniki wpływające na hartowność stopów żelaza…….....16

3.2. Klasyfikacja oraz potrzeba badań hartowności stopów żelaza18

3.3. Hartowności stopów żelaza………………..………….……..….19

3.3.1. Metoda Shepherda (obserwowania przełomu)....…………...19

3.3.2. Metoda krzywych „U” (E.C. Bain, M.A. Grossman)…..….20

3.3.3. Metoda obliczeniowa Grossmana………………..…………..21

3.3.4. Metoda Jominy’ego……………………………………...……23

4. Konstrukcja stanowiska do badań hartowności stopów

żelaza metodą Jominy’ego…………………………………….......28

4.1. Opis stanowiska badawczego………………………….........…..28

4.2. Analiza wyników przeprowadzonych badań………..........……31

5. Podsumowanie i wnioski...................................................................36

Bibliografia…………………………………………………………….........36

Spis tabel……………………………………………………………......….38

Spis rysunków…………………………………………………….......….…38

Załączniki………………………………………………………......….……40

Streszczenie…………………………………………………….......……….53

2

1. Wstęp

Z ulepszaniem cieplnym stali spotykamy się od chwili pojawienia się stopów

żelaza, miało on duży wpływ w rozwoju technologiczny i wzrost zastosowania tych

materiałów konstrukcyjnych. Jednak dopiero rozwój nauk (optyka, metaloznawstwo,

chemia) pozwoliła na dokładne poznanie zależności podczas przemian powstających

podczas obróbki cieplnej stopów żelaza. Ciekawość ludzka doprowadziła do rozszerzenia

metod a w rezultacie do badań związków przyczynowo skutkowych istniejących w

metodyce hartowania oraz hartowności. Każda zależność powodująca zmiany własności

stali zostawała analizowana i zapisywana, na wielu tych wynikach bazujemy do dziś,

analizując je oraz normując czy też doskonaląc. W ten sposób zrodziła się też potrzeba

badań hartowności stopów żelaza, jej wpływ na materiał a w rezultacie możliwości, jakie

możemy dzięki tym własnościom osiągnąć. Ze względów na ogromny wpływ hartowania

oraz hartowności na własności stopów żelaza, poznanie i badanie tych zależności jest

jednym z najważniejszych zagadnień dotyczących inżynierii materiałowej w odniesieniu

do materiałów konstrukcyjnych. Dzięki badaniom ich rozwojowi i rozpowszechnianiu

możemy tworzyć pewniej i dokładniej, co owocuje ogólnym rozwojem technologicznym

oraz społeczeństwa dając nowe możliwości wytwórcze.

Dzięki poznawaniu nowych zjawisk zachodzących w wybranych obszarach badań

hartowności stopów żelaza, możliwe jest dokonanie prezentacji oraz oceny wybranej

metody badawczej w rozważeniu praktycznym. Dzięki wykonaniu stanowiska badawczego

oraz opracowaniu dydaktycznemu instrukcji potrzebnej do prawidłowego badania

hartowności oraz analizom przeprowadzonych badań przedstawiono wnioski końcowe,

które wywodzą się z treści pracy oraz z założeń projektowych.

3

1.1. Cel i zakres pracy

Celem pracy jest wykonanie stanowiska badawczego o przeznaczeniu

dydaktycznym do wykonania badań hartowności stopów żelaza metodą Jominy’ego

(hartowania od czoła). Przybliżenie tematyki hartowania i hartowności stopów żelaza,

ukazuje ważność zabiegów hartowania wykonywanych na stopach żelaza oraz

podkreślenie przydatności zastosowania ich w przemyśle. Wykonanie stanowiska oraz

opracowanie metodyki badań hartowności metodą Jominy’ego pozwoli na praktyczną

ocenę przez studentów wyników badań.

Zakres pracy inżynierskiej zawiera przegląd literatury dotyczący potrzeb badań

hartowności, ocenę metod i środków badań. Wykonanie projektu i konstrukcję stanowiska

do badań hartowności stopów żelaza. Opracowanie metodyki badań i sporządzenie

instrukcji obsługi wykonanego stanowiska do badań hartowności metodą Jomini’ego.

4

2. Obróbka cieplna metali

2.1. Historia rozwoju obróbki cieplnej

Naturalnym odruchem człowiek od chwili jego powstania było tworzenie narzędzi,

ich wykorzystywanie, ciągłe ulepszanie dla ułatwiania pracy i zapewnienia sobie

odpowiedniego poziomu życia. Obserwując dzieje cywilizacji ludzkiej można dojść do

wniosku, że o jej rozwoju zdecydował w dużej mierze rozwój materiałów i towarzyszący

temu rozwój sił wytwórczych. Świadczy o tym między innymi nazwanie poszczególnych

okresów w dziejach ludzkości od materiałów mających wpływ na warunki życia, np.

epoki: kredy, kamienia, brązu oraz nazwaną przez duńskiego archeologa Christiana

Jugensena Thomsona w 1836 roku epoką żelaza.

Wdrożenie różnych wynalazków i rozwiązań stało się możliwe nie tylko dzięki

samemu poznaniu żelaza, ale również poprawieniu jego wartości użytkowych. Na ten

przykład już w starożytności dzięki poznaniu własności żelaza i wpływu temperatury na

zmianę jego własności technicznych, wytwarzano narzędzia oraz broń przewyższającą

poprzednie wytwory całej epoki. Z całą stanowczością możemy więc stwierdzić, że

człowiek od dawna wytwarzał narzędzia i przedmioty codziennego użytku z żelaza. Żelazo

miało, więc ogromny wpływ na rozwój i życie człowieka.

Żelazo, jako element życia codziennego zostaje rozpowszechnienie przed kilkoma

tysiącami lat. Wiąże się ono z tworzeniem się cywilizacji i jest niewątpliwie jednym z

czynników i elementów obecnego społeczeństwa i kultury nie tylko technicznej. Więc

obecne czasy i epokę, w której żyjemy można niewątpliwie przyjąć, jako przedłużenie

epoki żelaza.

Zmiany historyczne oraz różnice w poziomie rozwoju poszczególnych cywilizacji

miało ogromne skutki, na ich rozpowszechnienie. W europie Celtowie rozpowszechniali

znajomość żelaza. Po poznaniu metod uprawy roli, opanowanie metalu było jedną z

najważniejszych rewolucji technologicznych.

Wiele technologii obróbki cieplnej żelaza zostało poznanych już przed 3000-cznym

rokiem p.n.e. miało one jednak głównie przeznaczenie militarne. Władcy wielkich

mocarstw jak Kserksesa, Aleksandra Wielkiego czy też Dżyngis - chana dzięki takiemu

poszerzaniu wiedzy o właściwościach metalu tak mocno zapisali się na kartach historii.

5

Najważniejszą dziedziną dla rozwoju cywilizacji stało się pozyskiwanie metali z

rud, tego przełomowego odkrycia dokonali najprawdopodobniej Hetyci (Azja mniejsza) i

w Mezopotamii. Metalurgia i odlewnictwo właśnie było pierwszym w historii ludzkości

procesem mającym na celu nadanie znanemu już metalowi własności oraz pożądanych

kształtów. W ten sposób zrodził się zalążek obecnej metalurgii.

Same potrzeby społeczne oraz chęć podniesienia standardów życia były motorem

napędowym dla rozwoju cywilizacji. Zmiany w świecie oraz rosnące potrzeby a często i

niebezpieczeństwa sprawiały ze człowiek starał się doskonalić metody pozyskiwania i

przetwarzania żelaza, zarówno te już znane a także tworzyć nowe, które często na kartach

historii zapisywały się, jako kluczowe w przetrwaniu danego społeczeństwa.

Wraz z zwiększeniem powszechności żelaza, rozwijały się także metody jego

wykorzystywania w przeróżnych dziedzinach życia. Te potrzeby sprawiały, że człowiek

poznawał właściwości i skutki stosowania obróbki cieplej. Od czasów, gdy nauczono się

wytapiać żelazo z rud, kowalstwo stało się jednym z najważniejszych zawodów

wykonywanych przez człowieka. Właśnie rozwój wcześniejszych metod takich jak

wytapianie metali z rud czy odlewnictwo, pozwolił na powstanie metody obróbki metalu

na gorąco.

Pierwsze przesłanki i zabytki dotyczące kowalstwa pochodzą już z ok 3000 roku

p.n.e. . Kowalstwo miało na celu nadanie precyzyjniejszego kształtu, twardości oraz

wytrzymałości przedmiotom wytwarzanym zgodnie z ich przeznaczeniem. W ten sposób

zrodziły się metody utwardzania i ulepszania stali najczęściej wykorzystywane do celów

militarnych. Dzięki rozwojowi kowalstwa odkryto, że żelazo kute ma większą twardość i

wytrzymałość niż żelazo bezpośrednio odlewane. Kucie wiec było jedną z pierwszych

metod utwardzania stali, w której główną metodą badań było rozpoznawanie dźwięku

wydawanego przez materiał podczas kucia lub jego zewnętrzny wygląd i podatność na

zarysowania.

Już w 2000 roku p.n.e. człowiek poznawał zależności pomiędzy chłodzeniem i

nagrzewaniem stali a jego własnościami technologicznymi. Głownie uwarunkowania

etniczne jak i militarne miały tu swój ogromny wkład. Na ten przykład ogromne znaczenie

w rozwoju metalurgii miało hartowanie, które w ogromny sposób zmieniało właściwości

obrabianego przedmiotu. Kucie stali było pierwotną metodą poprawy właściwości danego

materiału jednak wraz z rozwojem technologicznym zaobserwowano ze metal

odpowiednio rozgrzany i odpowiednio szybko chłodzony jest bardziej wytrzymały i o

6

wiele trwalszy niż w przypadku kucia. W ten sposób hartowanie zostało przełomową i

innowacyjną metodą obróbki cieplnej żelaza.

Hartowanie od zawsze było wzniosłym momentem, było swoistym nadawaniu

przedmiotowi „duszy”. Szybko odkryto, że szybkie chłodzenie rozgrzanej stali ma

ogromny wpływ na jego twardość i trwałość. Cywilizacje, które potrafiły w doskonalszy

sposób wykorzystać te zależności często stawały na wyższym poziomie rozwoju

technologicznego. Przykładem takiej cywilizacji może być Japonia, pierwsze stalowe

miecze sprowadzono tam w charakterze królewskich darów z Chin w III wieku n.e. ze

względu na przewroty polityczne i potrzeb wynikających z rozwoju technologicznego,

technologia wytwarzania mieczy została tak rozwinięta ze w rezultacie przerosła metody, z

której początkowo sama się wywodziła. W ten sposób w Japonii zrodził się ogromy kult

miecza i wielki przełom w obróbce stali dzięki szerszemu poznaniu właściwości obróbki

cieplnej[9].

Hartowanie, czyli utwardzanie miało początkowo głównie przeznaczenie militarne i

było jednak w owym okresie jedną z najtrudniejszych czynności. Ostrza hartowane były

bardziej podatne na precyzyjne ostrzenie oraz w wielu przypadkach optymalnie zwiększało

zależność miedzy twardością a udarnością miecza, przez co były bardziej śmiercionośne i

trwałe. Metody hartowania stali przez stulecia były wielką tajemnica wielkich cywilizacji

lub samych mistrzów tej sztuki. O istotnym wpływie rozwoju hartowania i poznania jego

sekretów mogą świadczyć krwawe karty historii. Próby zgłębiania tych sekretów często

kończyły się śmiercią dla osób postronnych. W traktacie „Honcho tania biko”[21] jest

opisany przypadek, w którym mistrz obcina rękę pomocnikowi, za to, że chciał poznać

temperaturę wody podczas chłodzenia głowni miecza, zanurzając dłoń w kadzi z wodą, w

której został hartowany miecz. Już wtedy starano się opisać i zbadać zmiany zachodzące w

stali podczas różnych procesów wytwórczych. Przez długi okres głównymi parametrami

podczas hartowania stali była jego barwa podczas wygrzewania oraz temperatura wody, w

której była chłodzona. Już te zależności były badane, opisywanie i przekazywane w

początkach wyłącznie z pokolenia na pokolenie w ścisłej tajemnicy. Z czasem wiązano

wszystkie zależności łącznie ze składem materiału, jego podatnością na hartowanie oraz

metodami jego hartowania i rodzajami ośrodków chłodzących. W ten sposób tworzyły się

pierwsze dziedziny badań.

Te wszystkie wydarzenia świadczą o tym jak ważnym było poznanie własności

metalu, metod jego pozyskiwania i obróbki. Można jednoznacznie stwierdzić, że

hartowanie i jego wpływ na materiał miał i nadal ma ogromny wpływ na życie codzienne

7

w społeczeństwie. Potrzeba samych badań zrodziła się z wymagań codziennego życia.

Wraz ze zmianami społecznymi oraz rozwojem technologicznym zmieniło się

przeznaczenie wykorzystywania tej wiedzy oraz jej zakres. Obecnie badania tego typu i

poznawanie podatności metali na hartowanie, czyli tzw. hartowność jest dziedziną

powszechnie wykorzystywaną. Zależności te są wykorzystywane w niezliczonej ilości

dziedzin takich jak budownictwo, kowalstwo architektoniczne oraz maszynoznawstwo.

Obecnie zmiany zachodzące w strukturze stali podczas hartowania są dokładnie

opisywane i coraz powszechniej wykorzystywane. Pozwalają dostosować, wytwarzać

przedmioty i elementy, które możemy wykorzystywać do różnych potrzeb. Znajomość

właściwości stali i poszczególnych stopów pozwala nam pełniej je wykorzystywać, a także

pozwala na dalsze poznawanie nieznanych nam jeszcze obszarów możliwych zastosowań

tych materiałów oraz nowych technologii.

2.2. Pojęcie i klasyfikacja obróbki cieplnej hartowaniem

2.2.1. Hartowanie, jako rodzaj obróbki cieplnej

Obróbkę cieplną definiuje, jako „proces technologiczny, w wyniku, którego

zmienia się własności mechaniczne i fizykochemiczne metali i stopów w stanie stałym,

przede wszystkim przez wywołanie zmian strukturalnych będących głównie funkcją

temperatury, czasu oraz działania środowiska"[16]. W zależności od celów obróbki

cieplnej dzielimy ją na różne rodzaje, usystematyzowane szybkością nagrzewania,

temperaturą i czasem wygrzewania oraz szybkością chłodzenia. Te oto czynniki

przeważają o rodzaju obróbki cieplnej oraz fazach zachodzących w strukturze materiału,

które możemy podzieli na piec grup tj. a) wyżarzanie, b) przesycanie, c) starzenie,

d) odpuszczanie, e) hartowanie [11].

Jednym z rodzajów obróbki cieplnej stali jest hartowanie, jest ono zabiegiem

ulepszania mechanicznego materiału i powinno się definiować je, jako „rodzaj zabiegu

obróbki cieplnej stopów żelaza, który polega na odpowiednio szybkim schłodzeniu

wygrzanego we właściwej temperaturze materiału w celu uzyskania struktury

martenzytycznej bądź banitycznej”[18]. Materiał najczęściej zostaje nagrzewany do

temperatury wyższej o 30°C-50°C od temperatury przemiany austenitycznej Ac(rys. 1.1).

8

Rys. 1.1. Fragment wykresu równowagi fazowej żelazo-cementyt [19]

Zależność tę jednak powinno się przyjmować, jako orientacyjną oraz odnoszącą się

wyłącznie do stali niskostopowych. Znaczy wpływ na temperaturę austenityzowania ma

skład chemiczny stali oraz czynniki technologiczne.

W odróżnieniu od innych zabiegów obróbki cieplnej, hartowanie prowadzi do

powstawania struktur nierównowagowych. Głównym celem tego zabiegu jest znaczne

zwiększenie twardości i odporności na ścieranie materiału, traci on przy tym jednak

znacznie plastyczność i zwiększa się jego kruchość.

Przy samym hartowaniu istotny jest dobór chłodziwa oraz szybkość chłodzenia. W

przypadku zbyt powolnego chłodzenia wydziela się cementyt, który uniemożliwia

przemianę martenzytyczną, co nie pozwala na nadanie hartowanemu przedmiotowi

odpowiednich własności, podczas gdy zbyt szybkie chłodzenie może prowadzić do

powstawania naprężenia hartowniczego, które w rezultacie może doprowadzić do zmiany

pożądanego kształtu przedmiotu lub jego pęknięć. Szybkość chłodzenia ma także istotny

wpływ na głębokość hartowania. Jest to bardzo istotne w przypadku elementów

przeznaczonych do hartowania o większych gabarytach, których grubość przekracza

maksymalną głębokość hartowania. W takim przypadku tylko część zahartowanego

przedmiotu zostanie zahartowana, jedynie część powierzchniowa wytworzy pożądany

martenzyt. W rezultacie na powierzchni udział martenzytu jest największy a wraz z

wzrostem głębokości udział martenzytu maleje a wzrasta udział cementytu. Często jednak

jest to też własność pożądana, jeśli chcemy, aby przedmiot był twardy na powierzchni a

wewnątrz rdzenia bardziej ciągliwy. Jednak głębokość hartowania nie zależy tylko od

9

samych ośrodków chłodzących czy szybkości chłodzenia w dużej mierze tu swój udział ma

dziedzina zwana hartownością stali, czy też zawartość dodatków stopowych.

2.2.2. Metody hartowania stopów żelaza

Możemy wyróżnić różne metody hartowania stali w wielu przypadkach różni się on

jedynie metodą wygrzewania materiału do temperatury austenityzowania. W przemyśle ze

względu na różne przeznaczenie stali oraz jej oczekiwanych właściwości stosuje się wiele

metod hartowania. Metoda hartowania stali możemy dzielić ze względu na sposób

doprowadzania stali do temperatury przemian, obszary powstawania tych przemian oraz

samego wygrzewania materiału a także ze względu na rodzaj ośrodka chłodzącego, w

którym będzie hartowany materiał. Stale o dużej hartowności w wielu przypadkach są

hartowane w ośrodkach oziębiających o mniejszych parametrach chłodzenia np. oleju

niekiedy zdarza się, że nawet w powietrzu. Wiele metod hartowania jest dobierana pod

kątem oczekiwanych rezultatów, które w praktyce są jednak często trudne do wykonania.

Z tego względu możemy podzieli hartowanie na pięć podstawowych grup:

Hartowanie zwykłe (martenzytyczne) polega na wygrzaniu materiału do

temperatury przemiany austenitycznej, następnie szybkie oziębienie w jednym ośrodków

oziębiających w celu uzyskania struktury martenzytycznej materiału.

Hartowanie objętościowe występuje w przypadku, gdy austenizowaniem chcemy

objąć całkowitą objętość cieplnie obrabianego przedmiotu, a głębokość zahartowanej

warstwy zależ wyłącznie od szybkości chłodzenia oraz właściwości materiału. Jednak ta

metoda hartowania niesie ryzyko do powstawania dużych odkształceń hartowniczych.

Hartowanie powierzchniowe polega na austenityzowania cienkiej warstwy na

powierzchni przedmiotu, w wyniku tej operacji powstaje na powierzchni struktura

martenzytyczne i następuje utwardzenie wyłącznie warstwy na powierzchni materiału.

Hartowanie powierzchniowe pozwala na automatyzację i mechanizację procesu obróbki

cieplnej stali.

Hartowanie stopniowe - Polega na szybkim chłodzeniu w kąpieli ze stopionej

saletry, do temperatury wyższej o ok. 30 – 50°C powyżej temperatury przemiany

martenzytycznej i przetrzymywaniu w tej temperaturze, tak, aby nastąpiło wyrównanie

temperatury na wskroś przedmiotu. W drugiej fazie następuje chłodzenie w kąpieli wodnej

10

lub olejowej, w celu uzyskania struktury martenzytycznej. Metoda ta wymaga dużej

wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej.

Hartowanie izotermiczne - Jest hartowaniem, w którym nie zachodzi faza

przemiany martenzytycznej. Nagrzany przedmiot wygrzewa się w kąpieli z roztopionej

saletry lub ołowiu, w temperaturze ok. 30°C – 50°C powyżej przemiany martenzytycznej.

Nazwa metody wynika z faktu stałej temperatury kąpieli, w której znajduje się przedmiot..

W hartowaniu tego typu nie dochodzi do przemiany, martenzytycznej, lecz zachodzi

rozpad austenitu na inne fazy np. bainit co można zauważyć na rysunku 1.2.

Pozostałem metody pośrednie hartowania różnią się między sobą wyłącznie metodą

doprowadzenia stali do temperatury austenityzowania. Hartowanie, więc polega na

zmianie struktury stali na poziome krystalicznym [11].

Rys. 1.2. Wykres przemian austenitu w warunkach chłodzenia ciągłego (CTPc) dla stali

podeutektoidalnych [12]

2.3. Przemiany zachodzące podczas procesu hartowania

Podstawowym założeniem procesu hartowania jest zmiana własności

wytrzymałościowych a w efekcie ubocznym wraz z równoczesnym spadkiem własności

plastycznych materiału. Jednak te własności są wynikiem zmiany strukturalnej wewnątrz

materiału. Reakcje zachodzące na powierzchni oraz wewnątrz materiału pod wpływem

odpowiednich czynników są nazywane przemianami fazowymi[12]. Chcąc prawidłowo

zrozumieć istotę obróbki cieplnej, jaki i samego hartowania stopów żelaza, należy

zapoznać się dokładnie z przemianami, jakie zachodzą w materiale podczas jego

nagrzewania, wygrzewania oraz chłodzenia.

11

Temperatura nagrzania przy hartowaniu, jak to było wcześniej wspomniane, zależy

od składu chemicznego stali, a zwłaszcza od zawartości węgla. Nagrzanie stali

podeutektoidalnej powyżej temperatury, Ac3 jest konieczne do uzyskania jednorodnej

struktury austenitycznej. Jeśli podczas nagrzewania nie została przekroczona temperatura

Ac3, to w strukturze stali pozostałby wolny ferryt, zmniejszający jej twardość, a w procesie

odpuszczenia unika się naprężeń hartowniczych, mających wpływ na udarność stali. Stale

nadeutektoidalne nagrzewa się powyżej Ac1 i to niezależnie od ilości procentowej węgla.

W takim przypadku rezygnuje się całkowicie z rozpuszczenia cementytu wtórnego w

austenicie, którego obecność w strukturze zahartowanej stali często jest pożądana.(rys 1.1.)

Cementyt jest składnikiem strukturalnym o największej twardości a osadzony w

twardym „podłożu, martenzytycznym”[19] zwiększa ogólną twardość a w szczególności

odporność na ścieranie. Podczas doboru temperatury hartowania należy wziąć pod uwagę

również wielkość obrabianego przedmiotu. W przypadku, gdy przedmiot hartowany ma

duże gabaryty wygrzewa się go w temperaturze o 50 do 70°C powyżej temperatury

przemiany austenityzowania, co zwiększa zakres głębokości warstwy, w której dochodzi

do przemiany.

Szybkie oziębiania podczas hartowania ma na celu doprowadzenia austenitu do

zakresu temperatury przemiany martenzytycznej. Sam czas wygrzewania przedmiotu

podczas hartowania musi być wystarczająco długi, aby przemiany fazowe nastąpiły na

całej powierzchni przekroju obrabianego cieplnie materiału. W praktyce określa się go,

jako około 30% czasu nagrzewania.

Prędkość oziębiania materiału musi być większa od szybkości krytycznej dla

wybranego gatunku stali. Zasadniczy wpływ na szybkość chłodzenia mają ośrodki

chłodzące, podczas ich doboru staramy się unikać nadmiernej szybkości chłodzenia niż jest

to konieczne do uzyskania pożądanych przemian. Nadmiernie szybkie chłodzenia wiąże

się z powstaniem większych naprężeń, czego wynikiem jest większa tendencja do

powstawania pęknięć i odkształceń obrabianego przedmiotu. Należy jednak brać pod

uwagę, że szybkie chłodzenie hartowania konieczne jest tylko w granicy minimalnej

twardości austenitu, czyli ok. 650 do 400°C, ponieważ w tym zakresie austenit bardzo

szybko ulega przemianie. Zaś powyżej jak i poniżej tego zakresu trwałość

przechłodzonego austenitu jest dość znacząca, co umożliwia powolniejsze chłodzenie

materiału. Idealny przebieg procesu chłodzenia przedstawiono na rysunku 1.3.

12

Rys. 1.3. Idealny przebieg krzywej chłodzenia przy hartowaniu [19]

13

3. Metody badań hartowności stopów żelaza

3.1. Ogólna charakterystyka hartowności stopów żelaza

Hartowność ściśle łączy się z szybkością oziębiania stali do temperatury

austenizowania. Strukturę martenzytyczną można uzyskać tylko przy szybkości oziębiania

(chłodzenia) równej lub większej szybkości krytycznej. Hartowność jest, więc „wrodzoną”

zdolnością stali do tworzenia struktury martenzytycznej podczas hartowania, z tej

własności stali wynika definicja hartowności.

„Przez hartowność rozumiemy zdolność tworzenia struktury martenzytycznej

podczas hartowania” [2]. Hartowność określa się na podstawie pomiarów grubość

powstałej w procesie hartowania warstwy martenzytycznej, na przekroju hartowanego

przedmiotu.

Z pojęciem hartowności łączą się ściśle trzy cechy:

Głębokość hartowanie,

Maksymalna twardość uzyskana na powierzchni,

Skłonność do tworzenia rys i pęknięć hartowniczych,

Te cechy w pojęciu hartowności zawierają dwa inne terminy określające własności

stali podczas hartowania takie jak utwardzalność oraz przehartowalność.

Przez termin utwardzalność powinniśmy rozumieć, jako największą możliwą do

uzyskania twardość hartowanej stali, która jest uzależniona od zawartości węgla austenicie

oraz warunków, w jakich stal jest poddawana austenityzowaniu (rys 1.4).

Rys 1.4. Wpływ stężenia węgla na twardość stali zahartowanej o różnym udziale martenzytu w strukturze[3]

14

Przehartowalność zaś jest cechą określającą podatność wybranego gatunku stali na

hartowanie w zależności od przyrostu twardości pod wpływem dużej szybkości oziębiania

materiału podczas hartowania. Czynnikami mającymi największy wpływ na

przehartowalność stali jest zawartość węgla oraz pierwiastków stopowych w czasie

austenityzowania jak i stopień jednorodności fazy oraz rozmiar ziaren austenitu.

Poszczególne gatunki stali mają odmienne własności pozwalające na zahartowanie

jej do różnej głębokości. S. Rudnik w swojej książce „Materiałoznawstwo” [19] podaje

prostą analizę, w której porównuje głębokość warstwy zahartowanej w dwóch ośrodkach

chłodzących w zależności od średnicy pręta poddawanemu obróbce cieplnej. W ten sposób

zauważymy (rys. 1.5), że do pewnej średnicy (Dk) pręty będą zahartowane na wskroś, a

przy większych średnicach rdzeń pręta pozostanie niezahartowany, przy której grubość

warstwy zahartowanej będzie malała ze wzrostem średnicy pręta [19]. Największa średnica

pręta zahartowanego na wskroś, nazywana jest średnicą krytyczną Dk.

Rys 1.5. Grubość strefy martenzytycznej (obszar niezakreskowany) zahartowanych prętów o różnej

średnicy [19]

Miara, którą określa się hartowność stali, to przedstawiono w cytowanej literaturze

jest średnica krytyczna określana symbolem Dk, rozumiemy przez to, że średnica krytyczna

jest to średnica zahartowanego w odpowiednim ośrodku chłodzącym pręta, w który pod

wpływem hartowania w przekroju poprzecznym uzyskuję się strukturę o zawartości

martenzytu min. 50% określanej D50 (indeks „50” oznacza zawartość procentową

martenzytu na całości przekroju). Na wartość średnicy krytycznej Dk poza zawartością

węgla wpływ mają także składniki stopowe.

15

3.1.1. Czynniki wpływające na hartowność stopów żelaza

Hartowność stopów żelaza jest bardzo ważną własnością, która określa przydatność

do obróbki cieplnej. Na ten przykład przedmiot niezahartowany na wskroś, posiada rdzeń,

w którym otrzymujemy drobny perlit, co wpływa na niejednorodność przekroju

hartowanego elementu, a co za tym idzie różnicę pomiędzy twardością w poszczególnych

strefach przekroju przedmiotu. Można jednak wyrównać poszczególne twardości do

podobnego poziomu, po przez przeprowadzenia zabiegu odpuszczania. Rdzeń przedmiotu

niezahartowanego na wskroś, posiada niższą granicę plastyczności i mniejszą w

porównaniu do powierzchni wytrzymałość na rozciąganie, a zatem mniejszą udarność i

większą plastyczność w porównaniu do warstwy zewnętrznej, a dzieje się tak, ponieważ

martenzyt pod wpływem odpuszczania wykazuje większe własności mechaniczne. Dlatego

jednym w głównych czynników decydujących podczas doboru stali na elementy

konstrukcyjne oraz części maszyn jest właśnie hartowność stali. W zależności od

przeznaczenia i wymagań konstrukcyjnych dobiera się niekiedy stal o jednakowych

właściwościach na całym przekroju, czyli stali o dużej hartowności, natomiast, gdy

pożądana jest wyłącznie twarda strefa zewnętrzna stosuje się stal o mniejsze hartowności.

Głębokość hartowania jest bezpośrednio powiązana z szybkością krytyczną

chłodzenia przedmiotu. Szybkość chłodzenia największa jest zawsze na powierzchni

obrabianego elementu a maleje w głąb materiału. Tak, więc jeśli szybkość chłodzenia

będzie większa od szybkości krytycznej oziębiania danego gatunku stali, tym grubsza

warstwa zahartowana. Jeśli hartujemy stal w szybkością poniżej szybkości krytycznej w

takiej sytuacji zostanie zahartowana tylko warstwa powierzchniowa przedmiotu. W

przypadku, gdy wartość chłodzenia jest większa od szybkości krytycznej, przedmiot ulega

zahartowaniu na wskroś, tj. na całość przekroju obrabianego elementu[4].

Skupiając się na samym materiale możemy wyróżnić trzy przyczyny wpływające

na hartowność stali tj.

skład chemiczny stali,

jednorodność austenitu,

wielkość ziarna austenitu.

16

Skład chemiczny stali w sposób istotny decydujące o jej własnościach,

możliwościach obróbki oraz w rezultacie możliwych zastosowaniach. Wszystkie

pierwiastki stopowe z wyjątkiem kobaltu oraz krzemu, o ile są rozpuszczone w austenicie

wpływają znacząco na zwiększenie jej hartowności, co można zaobserwować na wykresie

CTP a dzieje się tak, ponieważ dodatki pierwiastków stopowych przesuwają linie wykresu

w prawo. Ponadto pierwiastki węglikotwórcze zmieniają zakres temperatury na wyższą dla

przemiany perlitycznej i zmniejszają ten zakres dla przemiany banitycznej (rys 1.6.) [4].

Rys. 1.6. Porównanie położenia i kształtu linii początku przemiany przechłodzonego austenitu na

wykresach CTP: a) dla stali węglowej i dla stali stopowych zawierających pierwiastki nie tworzące

węglików, b) dla stali węglowej i dla stali stopowych zawierających pierwiastki węglikotwórcze [12]

Jednorodność austenitu znacznie zwiększa podatność stali na powstawanie

struktury martenzytycznej, ponieważ w tym przypadku brak jest dostępu dla cząstek

przyśpieszających rozpad austenitu w zakresie przemiany perlitycznej. Brak jednorodności

najczęściej jest spowodowany wtrąceniami niemetalicznymi w materiale takimi jak

azotany czy tlenki itp. oraz zawartość węglików. Może być to jednak spowodowane

również niewyrównaniem składu austenitu w strukturze całego materiału.

Poza właściwościami samego materiału i jego strukturą przed jak i podczas

hartowania na hartowność ma wpływ także warunki, w jakiej zostaje przeprowadzana

obróbka cieplna między innymi temperatura nagrzewania, sposób grzania (metody

hartowania, patrz 1.2.2.), gabaryty przedmiotu obrabianego, stan jego powierzchni oraz

rodzaj ośrodka chłodzącego. Właśnie w celu wyłączenia wpływu sposobów oziębiania

materiału na hartowność stali, zostało wprowadzone pojęcie idealnej średnicy krytycznej

Dik oznaczającej największą średnicę pręta zahartowanego na wskroś oziębianego w

idealnym ośrodku chłodzącym tj. odbierającym ciepło z nieskończenie dużą prędkością. W

17

takim przypadku uzależniono oddawanie ciepła przez przedmiot hartowany jego własną

przewodnością cieplną.

3.2. Klasyfikacja oraz potrzeba badań hartowności stopów żelaza

Rozwój technologiczny i przemysłowy w bezpośredni sposób wpływa na rozwój

nauk metaloznawczych dotyczących obróbki cieplnej. Te rosnące potrzeby i wymagania

stawiają ogromne wyzwania dziedzinom badań dotyczących doboru stali oraz rodzajom

ich obróbki. Z tego właśnie względu rozwija się wiele metod badań dotyczących obróbki

cieplnej stali.

Obecnie jednym z głównych kryteriów dotyczących doboru stali jest aspekt

ekonomiczny. Wynika to z faktu, że podczas masowej produkcji części maszyn czy też

wytwarzaniu stali konstrukcyjnych, koszt samego materiału często przekracza około 60%

wartości wykonanego elementu. Aspekt ten jest głównym czynnikiem, który pokazuje jak

ważne jest pełniejsze wykorzystanie własności stali. Poza zależnościami ekonomicznym,

ważnym czynnikiem pokazującym jak bardzo istotne jest odpowiednie wykorzystywanie

zasobów metod dotyczących obróbki cieplnej jest, jakość gotowego wyrobu.

Analiza metaloznawcza oraz poznawanie wpływu obróbki cieplnej na poszczególne

gatunki stali pozwala nadążyć za obecnymi metodami wytwórczymi. Z tego też względu

metody badawcze zmieniały się i określał coraz to nowe kryteria przy doborze materiałów

zgodnie z jego przeznaczeniem. Niegdyś przydatność danej stali badano czy też

sprawdzano wyłącznie w praktyce. Obecnie podczas dobru stali korzysta się z analiz

określających kryteria, które materiał musi spełnić, aby był jak najlepiej wykorzystany.

Obecnie najważniejszym kryterium podczas doboru stali jest hartowność.

Wiele badań wskazuje, że stal w odpowiedni sposób ulepszana cieplnie, wykazuje

wyższą, jakość wyrobów oraz możliwość szerszego zastosowania danego materiału dzięki

własnościom, które są ściśle związane z twardością. Twardość stali jest cechą, na którą po

przez odpowiednie zastosowanie obróbki cieplnej można wpływać. Dzięki tak dużemu

wpływowi twardości na własności mechaniczne stali, ważną dziedzina stało się badanie

podatności stopów żelaza na utwardzanie tj. hartowność. Właśnie hartowność jest obecnie

głównym czynnikiem wpływającym na odpowiedni dobór stali konstrukcyjnych. Z tego

powodu metody badawcze dotyczące hartowności stopów żelaza są nadal wykorzystywane

i rozwijane.

18

3.3. Hartowność stopów żelaza

3.3.1. Metoda Shepherda (obserwowania przełomu)

Metoda Shepherda jest metodą doświadczalną, jedną z najwcześniej znanych oraz

najprostszą metodą badania hartowności stopów żelaza. Obecnie jest stosowana bardzo

rzadko, głównie do badania hartowności stali narzędziowych. Sama próba polega na

zahartowaniu czterech próbek, o średnicy 19mm i długości 75mm, w 10 % roztworze

wodnym soli kuchennej (NaCl). Próbki wygrzewa się kolejno w temperaturze 790, 815,

840 oraz 870°C następnie oziębia w roztworze NaCl po oziębieniu łamie się je i na

podstawie struktury przełomu określa się głębokość warstwy martenzytycznej oraz

wielkość ziaren posługując się wzorcami w skali Jernkontoret’a (rys. 1.7.).

Rys 1.7. Wzorce skali Jernkontoret’a [6]

19

3.3.2. Metoda krzywych “U” (E.C. Bain, M.A. Grossman)

Metoda ta jest kolejną z metod doświadczalnych, zapoczątkował ją E.C. Bain a

następnie została rozwinięta przez M. A. Grossman’a i do dziś ta metoda jest dość często

nazywana jego nazwiskiem. Rozwój tej metody i szereg jej zastosowań zyskały uznanie i

zostały rozpowszechnione przed II wojną światową. Metoda ta polega na hartowaniu

prętów o różnej średnicy we właściwej temperaturze dla danego gatunku stali w oleju i

wodzie. W następnej kolejności pręt przecina się w poprzecznie i wyznacza się twardość

wzdłuż średnicy próbki.

Otrzymane w tym procesie wyniki nanosi się na wykres HRC = fi (rys 1.8).

Powstała linia wykresu określa twardość i przebieg jej zmiany na średnicy próbki. Punkt

najbardziej gwałtownego spadku twardości przyjmuje się, jako granicę zahartowanej strefy

próbki. Kształt powstałego wykresu przypomina literę „U” stąd właśnie wywodzi się

powszechna nazwa tej metody.

Rys 1.8. Rozkład twardości w przekroju zahartowanej próbki stalowej [19]

Na podstawie wykonanego badania, twardości krytycznej, można wyznaczyć

średnicę krytyczną. W tym przypadku możemy ją określić również po przez obserwację

struktury pod mikroskopem, jeżeli badana próbka będzie miała wystarczająco dużą

średnicę możemy zaobserwować przy powierzchni próbki jednorodny martenzyt, w

głębszej strukturze pojawi się banit wraz z drobinami perlitu, którego ilość wzrasta w

zależności od zbliżania się do osi próbki. W przypadku tej metody wyznaczanie głębokości

zahartowanej warstwy polega na naniesieniu na powstały wykres (rys. 5) wartości,

20

twardości krytycznej (rys. 1.9) danego gatunku stali, co umożliwia wyznaczenie rdzenia

niezahartowanego o średnicy Dr . Dzięki temu głębokość strefy zahartowanej możemy

określić wzorem[4]:

h=D p−Dr

2 mm

Rys 1.9. Zależność twardości krytycznej od zawartości węgla w stali[17]

Próba Grossmana nie jest często stosowana głównie ze względu na pracochłonne

wykonanie próbek, pomiarów twardości oraz niestabilna zmiana prędkości oziębiania

próbki.

3.3.3. Metoda obliczeniowa Grossmana

Metoda ta została wprowadzona przez M. A. Grossmana w 1942 roku. Głównym

założeniem tej metody jest obliczenie hartowności, stosując ujęcie liczbowe w formie

współczynników w zależności od składu chemicznego oraz rozmiaru ziaren austenitu.

DI50=DIC * k1 * k2 * k3 .......* kn

DI50 - idealna średnica krytyczna stali stopowej przy założeniu występowania w osi

pręta 50% martenzytu;

DIC - idealna średnica krytyczna stali węglowej o określonej zaw. węgla i wielkości

ziarna, odnosząca się do 50% martenzytu w strukturze (rys. 1.10 a);

k1 .... kn - mnożniki określające wpływ pierwiastków stopowych na zmianę

hartowności stali (rys. 1.10 b) [4].

21

Rys 1.10. Mnożniki Retana i Doane stosowane do obliczania idealnych średnic krytycznych

półmartenzytycznych DI50 stali stopowych z niską i średnią zawartością węgla: a) wpływ zawartości węgla i

wielkości ziarna na wartość idealnej półmartenzytycznej średnicy krytycznej stali węglowej D IC; b) mnożniki

pierwiastków stopowych [12]

Dzięki poznaniu idealnej średnicy DI50 oraz nomogramowi Grossmana (rys. 1.11)

możemy z tej zależności wyliczyć rzeczywistą średnicę D50, jeżeli zaś stosuje się inne

kryterium hartowności, należy dokonywać przeliczenia przy pomocy wykresu autorstwa

W. Lutego (rys. 1.12).

Rys. 1.11. Związek idealnych i rzeczywistych średnic krytycznych w zależności od

intensywności hartowania H (wg Grossmanna) [4]

22

Rys. 1.12. Zależność idealnych średnic krytycznych od przyjętego kryterium hartowności (zawartości

martenzytu w osi pręta). DI - idealna średnica krytyczna DI50 - idealna średnica krytyczna półmartenzytyczna

(Według W. Lutego) [10]

3.3.4. Metoda Jominy’ego (hartowanie od czoła)

Metoda określana najczęściej próbą hartowania od czoła (PN-EN ISO 642: 2002),

jest metodą doświadczalna, której wyniki najczęściej są przedstawiane w formie

graficznej, wykresu. Dzięki badaniu większej ilości próbek tego samego materiału można

opracować tzw. pasmo hartowności dla danego gatunku stali. W odróżnieniu od innych

metod badania hartowności stopów żelaza próba Jominy’ego pozwala na podstawie jednej

próbki ocenić hartowność stali, bez potrzeby jej rozcinania. Wymiary próbki potrzebnej do

przeprowadzenia badania hartowności metodą Jominy’ego oraz warunki, w jakich jest

oziębiana określa norma PN-79/H-04402 (rys. 1.13).

Rys. 1.13. Schemat aparatury do badań metodą Jominy’ego [12]

23

Próbkę wykonaną z wybranego do badania gatunku stali zabezpiecza się przed

odwęglaniem, zamykając ją w metalowym pojemniku uszczelnionym opiłkami żeliwa(w

większości przypadków pomija się tę czynność ze względu na mały wpływ na wyniki

badania). Próbkę następnie wkłada się do nagrzanego pieca elektrycznego i wygrzewa się

próbkę przez około 40 minut w temperaturze Ac3÷Ac1+(30÷50ºC), dla stali, stopowej

(węglowej) parametry wygrzewania próbki określamy według układu równowagi fazowej

Fe – Fe3C. Wygrzaną próbkę umieszcza się w uchwycie aparatury do badań metodą

Jominy’ego (rys. 1.14)

Rys. 1.14. Próbka umieszczona w uchwycie aparatury do badań Jominy’ego

Po umieszczeniu próbki w uchwycie aparatury Jominy’ego następuje natrysk wody

i czoło próbki zostaje intensywnie chłodzone, pod jego wpływem i czoło próbka zostaje

zahartowana. Po dostatecznym oziębieniu próbki usuwa się ją z uchwytu, oczyszcza a

następnie szlifuje, tak by nie zmienić struktury powstałej podczas hartowania, wzdłuż

przeciwległych boków na głębokość od 4 – 5 mm (rys. 1.15).

24

Rys. 1.15. Schemat wymiarowy próbki do szlifowania

Następnie przy pomocy aparatu Rockwella dokonujemy pomiarów twardości w

skali C na powstałych płaszczyznach stosując się do rozkładu odległości od czoła próbki

określonych w normie PN-EN ISO 642: 2002 (rys. 1.16) tj. 2 punkty, co 1,5mm, 6 punkty,

co 2mm oraz następne do końca długości próbki, co 5mm.

Rys. 1.16. Krzywa hartowania od czoła dla stali 35HM (b), schemat próbki Jominy’ego (a)

Otrzymane wyniki przedstawia się na wykresie zależności rozkładu twardości od

odległości od czoła próbki (rys. 1.16). przy wykorzystaniu do pomiarów większej ilości

próbek można wykonać tzw. Wykres pasma hartowności, dla danego gatunku stali (rys.

1.17).

25

Rys. 1.17. Pasmo hartowności dla stali 40H [8]

Chcąc dalej określić hartowność danego gatunku stali należy wyznaczyć wybrane

parametry takie jak odległość krytyczna lk [mm] średnicę krytyczną Dk oraz twardość

krytyczną Hk. Odległość krytyczną lk w przypadku próby chłodzenia od czoła określa się,

jako największą odległość od czoła próbki, w której strukturze znajduje się 50 %

martenzytu. Wielkość tą możemy określić znając twardość strefy półmartenzytycznej tj. o

zawartości 50% martenzytu. (rys. 1.18)

Rys. 1.18. Twardość stali zahartowanej w zależności od zawartości węgla i procentu martenzytu w

strukturze [17]

26

Wykres zależności Dki od lk i H (rys. 1.19) pozwala określić także średnicę

krytyczną dla określonego ośrodka chłodzącego.

Rys. 1.19. Wykres zależności Dki od lk oraz H (Crafts, Lamont) [1]

Na podstawie tej metody w prosty i szybszy w odniesieni do innych metod badań

można określić najważniejsze czynniki określające hartowność badanej stali. Z tego

właśnie względu ta metoda jest tak powszechna i stosowana w doborze stali

konstrukcyjnych pod kątem przydatności do obróbki cieplnej.

27

4. Konstrukcja stanowiska do badań hartowności stopów

żelaza metodą Jominy’ego

4.1. Opis stanowiska badawczego

Na wyposażenie stanowiska laboratoryjne badania hartowności stopów żelaza

składa się z aparatury do badań hartowności metodą Jominy’ego (rys. 1.20), w której

następuje proces chłodzenia próbki cylindrycznej zgodnie z wytycznymi próby

Jominy’ego (wg PN-EN ISO 642: 2002).

Rys. 1.20. Stanowisko do badań hartowności metodą Jominy’ego 1) szybkozłącze hydrauliczne, 2) zawór

sterujący, 3) zawór kulowy, 4) zawór kulowy (odpływowy), 5) zbiornik, 6) szyba akrylowa

28

Aparatura została ustawiona pionowo względem podłoża tak, aby strumień wody

opływał dyszę równym, pionowym strumieniem. Aparatura jest zasilana bieżącym źródłem

wody za pomocą przewodu wodnego podłączonego do zaworu głównego sali

laboratoryjnej. Przewód wodny został podłączony przy pomocy zabezpieczonych przed

przeciekami szybkozłączami oraz przyłącz kranowych (rys. 1.21)

Rys. 1.21. Podłączenie wody oraz zawory sterujące 1- zawór zaporowy, 2- zawór kulowy

Sterowanie dopływem wody odbywa się przy pomocy dwóch zaworów (rys 1.21).

Zawór kulowy (2) umożliwia szybkie otwarcie dopływu wody do dyszy, co eliminuje

potrzebę montowania przysłony dyszy. Zawór zaporowy (1) umożliwia dobranie

odpowiedniej wysokości pionowego strumienia wody. Zawór spustowy (rys. 20, 4)

znajdujący się w części dolnej aparatury, służy do odprowadzenia wody po

przeprowadzonym badaniu.

Aparatura została zaprojektowana tak, aby była w pełni funkcjonalna i bezpieczna.

W górnej części (rys 1.22) znajduje się uchwyt próbki (1a) z wykonanym otworem o

średnicy 27mm dostosowany do wymiarów próbki. Uchwyt jest ustabilizowany przy

pomocy kołków ustalających (3a) dzięki czemu jest osadzony środkowo na zbiorniku. Ze

względów dydaktycznych górna część stanowiska została wykonana ze szkła akrylowego,

pozwalającego na bezpieczną obserwację próbki podczas procesu hartowania.

29

Rys. 1.22. Górna część aparatury do badań metodą Jominy’ego 1a- uchwyt do próbki, 2a- dysza, 3a- kołki

ustalające

Średnica przelotowa dyszy (2a) wynosi 12,5 mm zgodnie z zaleceniami normy

PN-EN ISO 642: 2002. Odległości jak i osiowość próbki oraz dyszy podczas badania jest

zachowana, tak, aby otrzymać odpowiednią szybkość chłodzenia tj. około 300ºC/s

wymaganą do odpowiedniego zahartowania próbki.

30

4.2. Analiza wyników przeprowadzonych badań

Do przeprowadzenia badania wykorzystano dwie próbki (rys. 1.23) wykonane z

różnych gatunków stali, wymiary próbki zostały przygotowane zgodnie z normą [15] do

przeprowadzenia hartowności metodą Jominy’ego.

Rys. 1.23. Próbki przygotowane do badania ze stali C45 i 40 HM

Próba hartowności przeprowadzona została w temperaturze austenityzowania równej

840ºC dla obydwu gatunków stali, z jakich zostały wykonane próbki tj. stal C45 oraz stal

40HM. Wygrzewanie próbek odbyło się w piecu elektrycznym typu P.E.M.-2. Ze względu

na mały wpływ atmosfery pieca na wyniki badań pominięto etap zabezpieczenia próbek

przed zmianą składu chemicznego. Czas wygrzewania próbek wynosił 30 min, przyjęto

taki czas mając na celu ujednorodnienie austenitu na całości przekroju, a także biorąc pod

uwagę skład chemiczny wybranych gatunków stali (Tabela 1 i 2 ) [25].

Tabela 1 Skład chemiczny stali 40 HM

Skład chemiczny [%] stal 40 HM

C Si Mn Cr Mo Ni V W S P

0,38 0,17 0,4 0,8 0,15 Max

0,3

Max

0,05

Max

0,2

Max

0,035

Max

0,0350,45 0,37 0,7 1,2 0,25

Tabela 2 Skład chemiczny stali C45

31

Skład chemiczny [%] stal C45

C Si Mn Cr Mo Ni V W S P

0,42 0,1 0,5 Max

0,3

Max

0,1

Max

0,3

- - Max

0,04

Max

0,040,5 0,4 0,8 - -

Na podstawie zawartości pierwiastków stopowych dla wybranych gatunków stali

można wstępnie określić ich wpływ na proces przemiany martenzytycznej. Ilość

pierwiastków stopowych w stali ma znaczący wpływ na jego hartowność. Wszystkie

pierwiastki stopowe z wyjątkiem kobaltu zwiększają hartowność stali po przez

zmniejszenie szybkości krytycznej przy hartowaniu. Ze względu na większą zwartość

chromu (Cr), niklu (Ni) oraz znacznie zwiększającego hartowność molibdenu (Mo) w

składzie stali 40HM można założyć, że stal ta będzie wykazywać większą hartowność niż

stal C45.

Po wygrzaniu próbek w piecu, kolejno zostały zahartowane w aparaturze do

hartowania od czoła. Następnie dwa równoległe boki od tworzących walca zostały

zeszlifowane na głębokość 5 mm. Na przygotowanych w ten sposób próbkach dokonano

badań twardości przy pomocy twardościomierza Rockwella w skali C. Uzyskane wyniki

zostały zapisane w tabeli 3 oraz tabeli 4 a także naniesione na diagram funkcji twardość od

odległości od czoła próbki dla stali C45 rysunek 1.24 dla stali 40HM rysunek 1.25.

Tabela 3. Wyniki badań twardości względem odległości od czoła próbki dla stali 45

(badania własne)

Stal C45

Odległość

od czoła

[mm]1,5 3 4,5 6 7,5 9,5 11,5 13,5 18,

5

23,5 28,5 33,5

Pomiar 1

[HRC]

55 48 15 9 4 3 3 3 1 1 1 -

Pomiar 2

[HRC]

53 45 16 8 4 3 2 2 1 1 - -

32

Rys. 1.24. Wykres krzywej hartowności dla stali C45 (badania własne)

Tabela 4. Wyniki badań twardości względem odległości od czoła próbki dla stali 40 HM

(badania własne)

Stal 40 HM

Odległość

od czoła

[mm]1,5 3 4,5 6 7,5 9,5 11,5 13,5 18,

5

23,5 28,5 33,5

Pomiar 1

[HRC]

58 57 55 55 54 54 52 50 45 40 37 36

Pomiar 2

[HRC]

59 58 55 54 54 53 53 51 42 39 35 35

33

Rys. 1.25. Wykres krzywej hartowności dla stali 40 HM (badania własne)

Na podstawie wykresu funkcji twardość od zawartości węgla (rys. 10) wyznaczono

dla:

stal C45 - HRC 29

stal 40 HM - HRC 47

Na podstawie wykresów funkcji twardości od odległości od czoła próbki(rys. 1.20

oraz 1.21) wyznaczono średnice „d” dla tych twardości:

stal C45 - 5 mm

stal 40 HM - 17 mm

Na podstawie wykresu zależność wartości średnicy krytycznej od długości

krytycznej (rys. 11) wyznaczono średnicę krytyczną:

woda

stal C45 - 12 mm

stal 40 HM - 80 mm

olej

stal C45 - 18 mm

stal 40 HM - 55 mm

34

Dzięki przeprowadzonemu badaniu udało się określić podstawowe parametry

decydujące o doborze stali. Analiza wyników wykazała, że stal 40 HM jest stalą o znacznej

hartowności, zaś stal C45 cechuje się słabszą hartownością i mniejszą twardością po

obróbce cieplnej. Na podstawie wyników można stwierdzić, że stal 40 HM może być

stosowana do produkcji elementów, części maszyn o dużej wytrzymałości oraz większej

odporności na ścieranie. Dzięki przeprowadzeniu badania, w tych samych warunkach, na

przykładzie dwóch próbek, można zauważyć zależności wynikające z składu chemicznego

danego gatunku stali na jego hartowność.

35

5. Podsumowanie i wnioski

Hartowność stopów żelaza jest bardzo istotną własnością technologiczną stali.

Tyczy się to przede wszystkim do stali obrabianych cieplnie po przez hartowanie i

odpuszczanie, ale również jest istotna dla stali poddawanych obróbce plastycznej na

gorąco oraz stali w stanie normalizowanym.

Badanie hartowności na podstawie dwóch próbek mierniczych z dwóch różnych

stopów żelaza, pokazuje wyraźnie, jaki wpływ na hartowność stopów żelaza ma zarówno

skład chemiczny, ośrodek chłodzący oraz środowisko technologiczne. Kolejną istotną

rzeczą, jest analiza wyników i określenie parametrów określających hartowność, które

otrzymano na podstawie badań przeprowadzonych przy pomocy wykonanego stanowiska.

Zgodnie z założeniami, jakie zostały przedstawione w części teoretycznej pracy, metodyka

oraz zakres badań hartowności wykorzystany przy wykonaniu stanowiska oraz

przeprowadzeniu badań pozwala na dokładną analizę hartowności stopów żelaza zgodnie z

przyjętymi ogólnymi normami.

Cel pracy, jakim był projekt stanowiska do badań hartowności metodą Jominy’ego,

wraz z przybliżeniem tematyki hartowania i hartowności został osiągnięty. Przedstawiono

metodykę badań oraz analizę wyników powstałych na podstawie wybranej metody

badawczej.

Rozdział czwarty został poświęcony analizie wybranej metody badawczej, oraz

wykonanie stanowiska badawczego według określonych norm. Zaproponowano metodę

przeprowadzenia ćwiczenia w warunkach laboratoryjnych, na podstawie opracowanej

instrukcji. Przeanalizowano także wyniki przeprowadzonych badań okazując skuteczność

metody badawczej oraz sprawności techniczną stanowiska.

Przeprowadzony przegląd literatury wraz z analizą badań, ukazuje możliwości

rozwoju oraz możliwość szerszego wykorzystania i pojmowania metodyki badań

hartowności. Dzięki przybliżeniu dziedziny badań, jaką jest hartowność ukazano

zależności oraz czynniki wpływające na dobór i własności stali pod wpływem obróbki

cieplnej. Wprowadzenie proponowanej metodyki badawczej w obszarze hartowności

stopów żelaza może w dużym stopniu przyczynić się do poszerzenia wiedzy i rozumienia

istoty obróbki cieplnej oraz hartowności stopów żelaza.

36

Bibliografia

[1] Crafts W. Lamont J.L., “Hardenability and steel selection”, Pitman, London 1949

[2] Dobrzański L.A., „Metaloznawstwo i obróbka cieplna”, WSiP, Warszawa 1997

[3] Dobrzański L.A., „Podstawy nauki o materiałach”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej,

Gliwice, 2012

[4] Grossmann M. A., „Hardenability Calculated from Chemical Composition”, Trans.

AIME, 1942

[5] Just E., „Metal Progress”, 1969, November,

[6] Komenda J., „Automatic recognition of complex microstructures Rusing Image

Classifier”, FERA, 2001

[7] Kramer I. R., Hafner R. H., Tolman S. L., „Effect of Sixteen Alloying Elements on

Hardenability of Steel”, Trans. Am. Inst. Min. Met. Eng. v. 158, 1944

[8] Malkiewicz J., Metaloznawstwo Stopów żelaza, PWN Łódz 1976

[9] Murza-Mucha P., Ziemkiewicz J. „ Człowiek i żelazo”, Iskry, 1967

[10] Pacyna J., Metaloznawstwo, Wybrane zagadnienia, UWND AGH, Kraków, 2005

[11]Przybyłowicz J., Przybyłowicz K. „Materiałoznawstwo w pytaniach i odpowiedziach”,

Naukowo – Techniczne Warszawa 2000

[12] Przybyłowicz K., „Metaloznawstwo”, Naukowo - Techniczne, Warszawa, 1999

[13] PN-EN ISO 642: 2002

[14] PN-H-04402:1972P

[15] PN 70/H-04402

[16] PN 76-H-01200:1977P

[17] PN-79/H-04402

[18] PN-93/H-01200:1993P

[19] Rudnik S., „Metaloznawstwo”, PWN, Warszawa ,1996

[20] Sieniawski J., „Metaloznawstwo i podstawy obróbki cieplnej” – laboratorium,

OWPRz, 2002

[21] Żygulski Zdzisław, Broń wschodnia, Jun. Warszawa, 1986

[22] Wesołowski K., „Metaloznawstwo i obróbka cieplna”, Wydawnictwo Naukowo –

Techniczne, Warszawa, 1981

[23] http://www.taylorandfrancis.com

[24] http://www.winntbg.bg.agh.edu.pl

37

[25] http://www.dostal.com.pl

Spis tabel

Tabela 1. Skład chemiczny stali 40 HM...............................................................................31

Tabela 2. Skład chemiczny stali C45...................................................................................32

Tabela 3. Wyniki badań twardości względem odległości od czoła próbki dla stali C45.....32

Tabela 4. Wyniki badań twardości względem odległości od czoła próbki dla stali

40 HM..................................................................................................................................33

Tabela A. Wyniki badań twardości względem odległości od czoła próbki dla stali C45

(wzór)...................................................................................................................................49

Tabela B. Wyniki badań twardości względem odległości od czoła próbki dla stali 40 HM

(wzór)...................................................................................................................................50

Spis rysunków

Rysunek. 1.1. Fragment wykresu równowagi fazowej żelazo-cementyt...............................9

Rysunek 1.2. Wykres przemian austenitu w warunkach chłodzenia ciągłego (CTPc) dla

stali podeutektoidalnych......................................................................................................11

Rysunek 1.3. Idealny przebieg krzywej chłodzenia przy hartowaniu..................................13

Rysunek 1.4. Wpływ stężenia węgla na twardość stali zahartowanej o różnym udziale

martenzytu w strukturze (wg J.M. Hodge’a i M.A. Orehoskiego)......................................14

Rysunek 1.5. Grubość strefy martenzytycznej (niezakreskowana) zahartowanych prętów

o różnej średnicy................................................................................................................. 15

Rysunek 1.6. Porównanie położenia i kształtu linii początku przemiany przechłodzonego

austenitu na wykresach CTP................................................................................................17

Rysunek 1.7.Wzorce skali Jernkontoret’a............................................................................19

Rysunek 1.8. Rozkład twardości w przekroju zahartowanej próbki stalowej...................20

Rysunek 1.9. Zależność twardości krytycznej od zawartości węgla w stali.....................21

Rysunek 1.10. Mnożniki Retana i Doane stosowane do obliczania idealnych średnic

krytycznych półmartenzytycznych DI50 stali stopowych z niską i średnią zawartością

węgla....................................................................................................................................22

Rysunek. 1.11. Związek idealnych i rzeczywistych średnic krytycznych w zależności od

intensywności hartowania H (wg Grossmanna)...................................................................22

38

Rysunek 1.12. Zależność idealnych średnic krytycznych od przyjętego kryterium

hartowności (zawartości martenzytu w osi pręta). DI - idealna średnica krytyczna DI50 -

idealna średnica krytyczna półmartenzytyczna....................................................................23

Rysunek 1.13. Schemat aparatury do badań metodą Jominy’ego.......................................23

Rysunek. 1.14. Próbka umieszczona w uchwycie aparatury do badań Jominy’ego............24

Rysunek 1.15. Schemat wymiarowy próbki do szlifowania................................................25

Rysunek 1.16. Krzywa hartowania od czoła dla stali 35HM...............................................25

Rysunek 1.17. Pasmo hartowności dla stali 40H.................................................................26

Rysunek 1.18. Twardość stali zahartowanej w zależności od zawartości węgla i procentu

martenzytu w strukturze.......................................................................................................26

Rysunek 1.19. Wykres zależności Dki od lk oraz H (Crafts, Lamont)................................ 27

Rysunek 1.20. Stanowisko do badań hartowności metodą Jominy’ege..............................28

Rysunek 1.21. Podłączenie wody oraz zawory sterujące....................................................29

Rysunek 1.22. Górna część aparatury do badań metodą Jominy’ege..................................30

Rysunek 1.23. Próbki przygotowane do badania ze stali C45 i 40 HM..............................31

Rysunek 1.24. Krzywa hartowania dla stali C45 (badania własne).....................................33

Rysunek 1.25. Krzywa hartowania dla stali 40HM (badania własne)................................34

Rysunek 1. Schematyczne przedstawienie wykresów CTPc...............................................43

Rysunek 2. a) Schemat urządzenia do badań hartowności metodą Jominy’ego,

b) diagram funkcji twardości od odległości od czoła próbki...............................................44

Rysunek 3. Schemat wymiarowy próbki po szlifowaniu....................................................44

Rysunek 4. Stanowisko do badań hartowności metodą Jominy’ego....................................45

Rysunek 5. Aparatura do badań hartowności metodą Jominy’ego......................................46

Rysunek 6. Górna część aparatury do badań metodą Jominy’ego......................................46

Rysunek 7. Próbka umieszczona w piecu elektrycznym.....................................................47

Rysunek 8. Krzywa hartowania od czoła dla stali 35HM....................................................48

Rysunek 9. Próbka ze stali 40HM po pomiarze twardości, widać wgłębienia pozostawione

przez stożek diamentowy.....................................................................................................48

Rysunek 10. Diagram krzywej hartowania od czoła dla stali C45 (wzór)...........................50

Rysunek 11. Diagram krzywej hartowania od czoła dla stali 40HM (wzór).......................51

Rysunek 10. Twardość stali zahartowanej w zależności od zawartości węgla i procentu

martenzytu w strukturze.......................................................................................................51

Rysunek 11. Zależność wartości średnicy krytycznej od długości krytycznej....................50

39

Załącznik

Załącznik 1. Instrukcja przeprowadzenia ćwiczenia laboratoryjnego

40

Politechnika Lubelska

Wydział Podstaw Techniki

Katedra Podstaw Techniki

Temat: Badanie hartowności stopów żelaza metodą

Jominy’ego (chłodzenia od czoła).

Opracował: Dariusz Pydyś

41

Spis treści

1. Cel ćwiczenia

2. Podstawowe pojęcia

3. Czynniki wpływające na hartowność

4. Ocena hartowności

5. Przebieg ćwiczenia

5.1. Opis stanowiska badawczego

5.2. Budowa stanowiska do badań metodą Jominy’ego

5.3. Instrukcja przeprowadzenia ćwiczenia

5.4. Protokół przeprowadzenia ćwiczenia

5.5. Analiza wyników

5.6. Wnioski i spostrzeżenia

42

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z przebiegiem hartowności stopów żelaza oraz

określenie hartowności wybranych gatunków stali na podstawie próby Jominy’ego.

2. Podstawowe pojęcia

Hartowanie – jest to rodzaj obróbki cieplnej mającej na celu osiągniecie struktury

martenzytycznej po przez wygrzanie materiału do odpowiedniej temperatury i

odpowiednio szybkiego jego oziębienia,

Hartowność – jest to zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej w głąb

materiału. Miarą hartowności jest głębokość, na jaką został zahartowany materiał.

Krytyczna szybkość chłodzenia – jest to najmniejsza szybkość chłodzenia stali, przy której jest

możliwa przemiana martenzytyczna

3. Czynniki wpływające na hartowność:

Skład chemiczny

Węgiel oraz stopowe składniki stali z wyjątkiem kobaltu zwiększają hartowność poprzez

zmniejszenie krytycznej szybkości chłodzenia. Pierwiastki m.in. takie jak: Ni, Si, Mn

zwiększają zakresy twardości austenitu, przesuwając początek krzywych wykresy CTPc w

prawo.

Wielkość ziarna austenitu

W zależności od wzrostu wielkości ziarna austenitu, rośnie również głębokość hartowania.

Wzrost wielkości ziaren austenitu zwiększa, więc twardość materiału. Duża wielkość

ziaren austenitu nie jest jednak pożądana, gdyż daje to gruboziarnisty martenzyt.

Jednorodność austenitu

Austenit niejednorodny w szybszy sposób ulega przemianom, ponieważ o szybkości

zachodzących przemian decyduje mniej nasycony pierwiastkami austenit. Właśnie z tego

powodu przed hartowaniem materiał wygrzewa się w odpowiedniej temperaturze przez

odkreśloną jednostkę czasu tak, aby ujednorodnić skład chemiczny austenitu tzw.

wyżarzanie normalizujące.

43

4. Ocenia hartowności

Ocenę hartowności umożliwiają wykresy CTPc. (rys. 1) Głębokość, na jaką może być

zahartowany przedmiot zależy od szybkości krytycznej chłodzenia. Stale o małej

szybkości krytycznej cechuje duża hartowność i odwrotnie.

Poniżej przedstawiono zależność spadku temperatury w czasie dla stali o dużej (b) i małej

hartowności (a).

Rys. 1 Schematyczne przedstawienie wykresów CTPc dla stali o: a) małej hartowności, b) dużej

hartowności (2) [8]

W celu dalszego zrozumienia metodyki oceny hartowności należy wprowadzić pojęcia:

średnica krytyczna, współczynnik intensywności chłodzenia,

Współczynnik intensywności chłodzenia określa zdolność do odbierania ciepła przez

ośrodek chłodzący. Wartość współczynnika H określa się od H=0 do H= ∞ . Dla

najczęściej stosowanych ośrodków chłodzących takich jak woda i olej przyjmuje się dla

wody H=1,5 a dla oleju H=0,3 w warunkach idealnych.

Średnica krytyczna -  jest to największa średnica pręta, przy której po zahartowaniu na

wskroś przekroju uzyskuje określoną zawartość martenzytu, nie mniejszą niż 50%.

Zawartość martenzytu w rdzeniu próbki określa się symbolem D z indeksem określającym

zawartość martenzytu (np. D70). Średnicę krytyczną wyznacza się trzema metodami:

Doświadczalną,

Obliczeniową,

Wykreślną.

44

Obecnie najczęściej wykorzystywaną metodą jest metoda wykreślna oparta na próbie

Jominy’ego (hartowania od czoła). Przebieg próba Jominy’ego jest określony wg normy

PN-EN ISO 642: 2002. Metoda ta polega na chłodzeniu wygrzanej wcześniej powierzchni

znormalizowanej próbki walcowej pionowym strumieniem wody (rys. 2a). Po

zeszlifowaniu dwóch równoległych boków wzdłuż osi zahartowanej próbki (rys. 3)

dokonujemy pomiaru twardości w skali Rockwella C i sporządzamy wykresu twardości w

funkcji odległości od czoła próbki (rys. 2b).

45

a) b)

Rys. 2 a) Schemat urządzenia do badań hartowności metodą Jominy’ego, b) diagram funkcji twardości od

odległości od czoła próbki

Rys. 3 Schemat wymiarowy próbki po szlifowaniu

5. Przebieg ćwiczenia

5.1. Opis stanowiska badawczego

Na wyposażenie stanowiska składa się:

1. Piec elektryczny typu P.E.M.-2 (rys. 3a),

2. Aparatura do badań hartowności metodą Jominy’ego, (rys. 3b),

3. Szlifierka,

4. Aparatura do badan twardości wyposażone w twardościomierz Rocwella.

Narzędzia i przyrządy pomiarowe:

1. Szczypce kuźnicze,

2. Próbki znormowane do przeprowadzenia próby ze stali C45 oraz stali 40HM,

3. Taśma miernicza,

4. Szczotka druciana,

5. Tarcza do szlifowania,

6. Stożek diamentowy skali C do twardościomierza Rockwella.

46

Rys. 4 Stanowisko do badań hartowności metodą Jominy’ego a) piec elektryczny b) aparatura do

hartowania próbki od czoła (metoda Jominy’ego)

5.2. Budowa aparatury do badań hartowności stopów żelaza

metodą Jominy’ego

b

a

47

Rys. 5 Aparaura do badań hartowności metodą Jominy’ego 1) szybkozłączka, 2) zawór (sterujący), 3) zawór

kulowy, 4) zawór kulowy (odpływowy), 5) zbiornik wody, 6) szyba poliglasowa

Rys 6 Górna część aparatury do badań metodą Jominy’ego 1a- uchwyt do próbki, 2a- dysza, 3a- kołki

ustalające

5.3. Instrukcja do przeprowadzenia ćwiczeni

I. Przed rozpoczęciem ćwiczenia student obowiązkowo zapoznaje się z zaleceniami

48

instrukcji BHP. Prowadzący zajęcia sprawdza opanowanie wiadomości podanych w

instrukcji BHP i znajomość problematyki badawczej.

II. Do nagrzanego wcześniej pieca elektrycznego do temperatury Ac3÷Ac1+(30÷50 ºC),

dla stali węglowej ustalić temperaturę Ac3 z układu równowagi fazowej Fe3C (przyjęta

temperatura dla stali C45 oraz 40HM równa jest 840ºC), wkładamy dwie próbki stali i

wygrzewamy w tej temperaturze przez 30 min (rys. 7).

Rys. 7 Próbka umieszczona w piecu elektrycznym

III. Przy aparaturze do badań hartowności metodą Jominy’ego (rys. 5) zwalniamy

zawór nr. 2 (czerwony) a następnie przy pomocy zawory nr. 1 (niebieski) ustalamy

wysokość strumienia wody równą 65-70mm, Po ustaleniu wysokości zamykamy dopływ

wody zaworem nr. 2 (czerwony).

IV. Po upływie 30 min, próbkę wyjmujemy z pieca i umieszczamy w uchwycie

oznaczonym kolorem niebieskim (rys. 6). (czas, w jakim próbka przechodzi drogę z

pieca do aparatu Jominy’ego powinien być możliwie najkrótszy)

V. Zwalniamy zawór nr. 2 (uwalniający strumień wody) i odczekujemy 15 min na

oziębienie próbki

VI. Po upływie 15 minut odcinamy dopływ wody przy pomocy zaworu nr. 1, następnie

usuwamy próbkę z uchwytu próbki i oczyszczamy z powstałych zanieczyszczeń (tlenki).

VII. Szlifujemy próbkę wzdłuż dwóch przeciwległych boków próbki na głębokość od

do 5 mm (rys. 3).

VIII. Dokonujemy pomiaru twardości przy pomocy aparatu Rockwella w następujących

odległościach od czoła próbki tj. 2 punkty, co 1,5 mm, 6 punkty, co 2 mm oraz następne do

końca długości próbki, co 5 mm (rys. 8).

49

Rys. 8 Krzywa hartowności dla stali 35HM (b), schemat próbki Jominy’ego (a)

Rys. 9 Próbka ze stali 40 HM po pomiarze twardości, widać wgłębienia pozostawione przez stożek

diamentowy

IX. Wyniki pomiarów zapisujemy w tabelach 1 i 2. Następnie sporządzamy wykres na

diagramach poniżej tabel pomiarowych.

X. Analiza wyników

50

XI. Wnioski i spostrzeżenia

5.4. Protokół przeprowadzenia ćwiczenia

Wydział Podstaw Techniki

Temat : Badanie hartowności stopów żelaza metodą Jominy’ego

Imię i Nazwisko Wydział, studia Grupa

Ocena Data Podpis

Tabela A. Wyniki badań twardości względem odległości od czoła próbki dla stali C45

(wzór)

Stal C45

Odległość

od czoła

[mm]1,5 3 4,5 6 7,5 9,5 11,5 13,5 18,

5

23,5 28,5 33,5

Pomiar 1

[HRC]

Pomiar 2

[HRC]

51

Rys. 10 Diagram krzywej hartowania od czoła dla stali C45 (wzór)

Tabela B. Wyniki badań twardości względem odległości od czoła próbki dla stali 40 HM

(wzór)

Stal 40 HM

Odległość

od czoła

[mm]1,5 3 4,5 6 7,5 9,5 11,5 13,5 18,

5

23,5 28,5 33,5

Pomiar 1

[HRC]

Pomiar 2

[HRC]

52

Rys. 11 Diagram krzywej hartowania od czoła dla stali 40 HM (wzór)

5.5. Analiza wyników

a) Z wykresu (rys. 10) zależności twardości od zawartości węgla w stali odczytać dla:

- stal C45 -Hk = HRC ……

- stal 40HM -Hk =HRC ……

Rys. 10 Twardość stali zahartowanej w zależności od zawartości węgla i procentu martenzytu w strukturze

wg. PN-79/H-0440

53

b) Z wykresów sporządzonych w czasie badania wyznaczyć średnicę krytyczną „Dk” dla

otrzymanych wartości HRC

- stal C45 -……mm

- stal 40 HM -……mm

c) Wyznaczyć średnicę krytyczką na podstawie porównania wyników z wykresem (rys. 11)

Rys. 11 Zależność wartości średnicy krytycznej od długości krytycznej wg PN-79/H-04402

5.6. Wnioski i spostrzeżenia

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

54

Streszczenie

Praca „Projekt stanowiska do badań hartowności stopów żelaza” została

poświęcona tematyce oraz metodyce badań hartowności stopów żelaza. Opisano

informacje dotyczące historycznego postrzegania obróbki cieplnej oraz ewolucję jaką

przeszły metody wytwórcze i badawcze hartowności. Zostały przedstawione metody badań

hartowności w zależności od ich rodzaju oraz metodyki wraz z praktycznym

zastosowaniem metody badań hartowności metodą Jominy’ego tj. chłodzenia od czoła.

Praca zawiera opis wykonanego stanowiska badawczego do badań hartowności stopów

żelaza o przeznaczeniu dydaktycznym. Opracowano instrukcję do przeprowadzenia

badania w formie ćwiczenia laboratoryjnego. Przedstawiono wyniki badań

przeprowadzonych na stanowisku badawczym oraz ich analizę.

Abstract

Thesis "Project of the experimental hardenability alloys of steel" was devoted to a

research methodology hardenability and steel alloys. Describes the information on the

historical perception of heat treatment and the evolution of manufacturing methods that

have passed and research hardenability. They introduced a hardenability test methods

depending on their type and methodology and practical application of test methods such as

the Jominy hardenability by cooling from the front. The paper contains a description of the

bench made to research hardenability steel alloys didactic purpose. Revised instructions to

perform the test in a laboratory exercise. The results of research conducted on the test and

analysis.

55