5/13/2018 Do Egzaminu Walter - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/do-egzaminu-walter 1/2

 

Hartowność jest pojęciem wyrażającym skłonność stali dotworzenia struktury martenzytycznej pod wpływem hartowaniaTwardości krytyczna to twardość strefy o strukturzezawierającej 50% martenzytu, t j. tak zwanej strefypółmartenzytycznejŚrednica  krytyczna – jest to srednica największego przekrojupróbki stalowej hartującej się na wskroś w danym ośrodkuchłodzącymIdealna średnica krytyczna – jest to średnica największegoprzekroju hartującego się na wskroś w idealnej kąpielihartowniczej, odbierając ciepło z nieskończenie dużą szybkością 

Czynniki wpływające na hartowność- Skład chemiczny - węgiel i wszystkie pierwiastki z wyjątkiem

kobaltu, jeżeli są rozpuszczone w austenicie, zwiększają hartowność stali (przesuwają linie wykresu CTPc w prawo).

- Jednorodność austenitu - im większa jednorodność austenitutym hartowność stali większa, ponieważ brak jestdodatkowych zarodków przyśpieszających rozkład austenituw zakresie przemiany perlitycznej. Niejednorodnośćaustenitu może być spowodowana obecnością wtrąceńniemetalicznych (tlenki, azotki itp.) i węglików lub równieżbrakiem wyrównania składu chemicznego w objętości ziarenaustenitu.

- Wielkość ziarna austenitu - im większe ziarno tym większahartowność. Wynika to z faktu zmniejszania się, ilościuprzywilejowanych miejsc zarodkowania cementytu, którymisą m.in. granice ziaren. Struktura gruboziarnista -mamniejszą sumaryczną powierzchnię ziaren w stosunku dostruktury drobnoziarnistej.

- Warunki realizowania obróbki cieplnej- Temp nagrzania- Sposób nagrzania- Rodzaj ośrodka chłodzącego- Wielkość przedmiotu i stan jego nawierzchni

Metody określania hartowności stali- obserwacja przełomu - Obserwacja przełomu jest metodą warsztatową badania hartowności. Przy przełamaniuzahartowanego pręta część zahartowana ma przełom

  jedwabisty, matowy, natomiast część nie zahartowana jestbłyszcząca.- metoda krzywych U - Metoda krzywych U polega na pomiarzetwardości na przekroju zahartowanej próbki o kształcie walca.Próbka musi mieć wystarczającą długość, aby można byłopominąć wpływ chłodzenia od powierzchni czołowych. Pozahartowaniu próbki i wycięciu z jej części środkowej krążka,mierzy się twardości (HRC) na przekroju poprzecznym wzdłużśrednicy w dwóch prostopadłych kierunkach.- próba hartowania od czoła Polega na nagrzewaniu cylindrycznejpróbki o średnicy 25 mm i długości 100 mm do temp. hartownia ,anastępnie powierzchnię czołowa próbki ochładza się strumieniemwody. Po ostygnięciu próbki szlifuje się ja wzdłuż dwóchprzeciwległych tworzących i dokonuje się pomiaru twardości HRCna długości 50 mm. Wyniki zestawia się na wykresie otrzymująckrzywą hartowności , charakteryzującą przebieg spadku twardościwzdłuż próbki. W celu wyznaczenia odległości krytycznej ( l kr )tj. odległości od czoła na której próbka uległa zahartowaniuodczytujemy z odpowiednich norm twardość krytyczną dla danegogatunku stali i korzystając z krzywej hartowności wyznaczamy l kr.Znając l kr i korzystając z odpowiedniego wykresu można ustalićśrednice krytyczną (D kr) badanej stali przy hartowaniu w wodzie ioleju.

Utwardzalność, czyli zdolność stali do reagowania nahartowanie, mierzona najwyższą osiągalną w danych warunkachaustenityzowania twardością, utwardzalność zależy odzawartości węgla w martenzycie, nie zależy od zawartościpierwiastków stopowychPrzehartowalność, t j. zdolność stali do reagowania nahartowanie, mierzona głębokością utwardzania przy określonejszybkości chłodzenia. Przehartowalność zależy zarówno odzawartości rozpuszczonego w austenicie węgla, jakpierwiastków stopowych. (Si, Ni, Mn, Cr, V, Mo, C- zwiększazarówno przehartowalosc jak i utwardzalność)Krytyczna szybkość chłodzenia - najmniej sza szybkośćchłodzenia, przy której uzyskamy jeszcze strukturę całkowiciemartenzytyczną. Im mniejsza jest szybkość krytyczna tymwiększa jest hartowność stali.Na szybkość krytyczna chłodzenia wpłvwaia:- zawartość węgla i składników stopowych w austenicie- wielkość ziarna austenitu przed rozpoczęciem chłodzenia(im

większe ziarno, tym mniejsza hartowność i większa szybkośćchłodzenia)

Czynniki techniczne które należy uwzględnić w analiziewarunków eksploatacji i produkcji części maszyn to:- czynniki wytrzymałościowe (rodzaj, wielkość i rodzaj naprężeńużytecznych, wielkość dopuszczalnych odkształceń sprężystych).- właściwości warstwy wierzchniej jak twardość, odporność na

zużycie ścierne, odporność korozyjna, stan naprężeń własnych, odktórych w dużym stopniu zależy wytrzymałość zmęczeniową.- zakres temperatury pracy elementu.- właściwości technologiczne materiału, istotne przy założonymsposobie produkcji jak skrawanie, spawalność, plastyczność,technologiczność obróbki cieplnej.- ogolna odporność korozyjna w warunkach pracy- czynniki konstrukcyjne, jak wielkość i zróżnicowanie przekrojow,złożoność kształtu, wymagania w zakresie stabilności wymiarowej.- cena i dostępność na rynku.W wyniku analizy wymienionych czynników należy ustalićnajbardziej miarodajne kryteria doboru stali pamiętając onastępujących zasadach :- stale stopowe i niestopowe rożnych gatunków zahartowane namartenzyt i następnie odpuszczone na jednakowa twardość majatemperaturę otoczenia bardzo zbliżone właściwości mechaniczneco umożliwia zastępowanie jednych gatunków innymi- głównym celem wprowadzenia pierwiastków stopowych do stalido ulepszania cieplnego jest uzyskanie takiej hartowności któramoże zapewnić rozkład twardości na przekroju odpowiadającyrozkładowi naprężeń użytecznych- na stale o skomplikowanych kształtach należy stosować stale odostatecznej hartowności przy wolno chłodzących środkach abyuniknąć nadmiernych naprężeń i odkształceń hartowniczych.

W zależności od zasięgu działania naprężenia własne możnapodzielić na:

-naprężenia pierwszego rodzaju (makronaprężenia). Są tonaprężenia międzystrefowe, t j. powstające międzyposzczególnymi strefami przekroju i między częściami wyrobu.Im większy jest gradient temperatur na przekroju, jak teżgradient między poszczególnymi częściami wyrobu (zależny odprędkości i równomierności chłodzenia), tym większe wartościprzybierają naprężenia pierwszego rodzaju;-naprężenia własne drugiego rodzaju. Powstają one wewnątrzziarn lub między ziarnami sąsiadującymi ze sobą. Przyczyną powstawania tych naprężeń są różne współczynniki

rozszerzalności liniowej faz występujących w obrabianychwyrobach lub też powstawanie nowych faz o różnej odwyjściowej objętości właściwej;-naprężenia własne trzeciego rodzaju. Naprężenia te powstają wewnątrz obszarów nie przekraczających kilku komórekelementarnych sieci krystalicznej metalu.

Głównymi przyczynami powstawania naprężeń własnych iwywołanych przez nie odkształceń są :-gradient temperatury na przekroju podczas grzania, azwłaszcza chłodzenia, powodujący nierównomierne dylatacyjnezmiany objętości i wymiarów, czyli naprężenia cieplne,-przemiany fazowe i związane z nimi zmiany objętości właściwej,tzw. naprężenia strukturalne.

Czynniki wywierające wpływ na wartość napr wew .-Skład chemiczny, tj. zawartość węgla i składników stopowych orazstruktura, jakość i hartowność stali. Wzrost zawartości węgla, atakże dodatków stopowych sprzyja wzrostowi naprężeń.Niejednorodna struktura stali, obecność wtrąceń niemetalicznych są często powodem powstawania i rozprzestrzeniania się pęknięć.-Wielkość ziarna austenitu; im stal jest bardziej gruboziarnista, tymwyższe powstają w niej naprężenia.-Temperatura początku chłodzenia; im wyższa, tym większepowoduje naprężenie.-Rodzaj ośrodka chłodzącego; im szybciej dany ośrodek chłodzi wzakresie temperatur przemiany martenzytycznej, tym większe jestprawdopodobieństwo powstawania naprężeń i pęknięć; natomiastszybkość chłodzenia w zakresie austenitycznym nie odgrywawiększej roli.-Niesymetryczne grzanie i chłodzenie sprzyja również powstawaniunaprężeń.-Kształt i wielkość przedmiotu; im większy przedmiot, a kształt jegobardziej złożony, tym większa skłonność do powstawanianaprężeń.

Metoda Waismana i Phillipsa. Polega ona na pomiarze zmianstrzałki ugięcia próbki w funkcji grubości usuwanych warstwmateriału. Usuwanie kolejnych warstw materiału odbywa się nadrodze trawienia elektrolitycznego lub chemicznego. Wartościnaprężeń własnych wylicza się zgodnie z wzorami podanymi przezWaismana i Phillipsa.

Badanie kształtu geometrycznego przedmiotu oraz badaniepęknięć hartowniczych. Urządzenia do kontroli kształtu mają nacelu stwierdzenie, czy odkształcenia elementu wywołanenaprężeniami własnymi, powstałymi podczas obróbki cieplnej, nieprzekroczyły dopuszczalnych odchyłek wymiarowych,przewidzianych przez technologa i zaznaczonych na rysunkuwykonawczym. W produkcji jednostkowej badania te możnawykonać za pomocą czujnika i płyty traserskiej (przedmioty płaskie)

oraz pryzmy (przedmioty obrotowe). W przypadku produkcjiseryjnej i masowej konstruuje się specjalne przyrządyusprawniające kontrolę kształtu, np. płaskość, prostoliniowość,owalizaję itp.

Do kontroli pęknięć hartowniczych najczęściej stosowana jestdefektoskopia:- Metoda magnetyczna służy do wykrywania wadpowierzchniowych o grubości większej od 10-4 do l0-3 [mm],leżących na głębokości do 5 [mm];- metoda radiograficzna do wykrywania wad wewnętrznych niezbytdużych przedmiotów,- metoda ultradźwiękowa do badania przedmiotów o większychprzekrojach

Podstawowymi metodami badania i pomiaru naprężeńwłasnych są metody rentgenograficzne polegające naprecyzyjnych pomiarach zmian odstępów międzypłaszczyznowychspowodowanych odkształceniem sieci przestrzennej. Do określenianaprężeń pierwszego rodzaju stosuje się także metodęmechaniczną, która polega na usuwaniu powierzchniowych warstwmetalu i pomiarze odkształceń spowodowanych zmianą rozkładunaprężeń.

Sposoby zmniejszania naprężeń hartowniczych-poszczególne elementy hartowanego przedmiotu powinny mieć

możliwie równomierny przekrój (należy unikać skupień materiału igwałtownych przejść pomiędzy poszczególnymi częściamiprzedmiotu),-należy unikać ostrych pocięć i naroży (działanie karbu),-przedmioty powinny mieć możliwie symetryczne rozmieszczeniemas,-należy unikać otworów nieprzelotowych w przedmiotachhartowanych.

Dobór parametrów hartowania:Temperature grzania dobiera się w zależności od położeniapunktów krytycznych które dla stali weglowych okresla się zapodstawie wykresu równowagi Fe-Fe3C a stali stopowych nalzeyuwzględnić poprawke na przesuniecie punktow krytycznych lubkorzystac z norm.Na czas grzania maja wpływ: grubosc elementu, jego kształt, rodzajosrodka grzewczego, równomierność nagrzewania orazwspółczynnik przewodnictwa cieplnego.Właściwy ośrodek chłodzący dobiera się pod kątem zapewnieniaszybkości chłodzenia większej od krytycznej; nie może jednakwywołać rys i peknieć, im lagodniejszy ośrodek chłodzący tymmniejsze sa naprężenia wlasne i skłonność do pekania.

Przemiana austenitu w martenzyt Zachodzi po przechłodzeniuaustenitu poniżej temp Ms. Poniżej tej temperatury dyfuzja węgla

  jest bardzo mała następuje więc tylko przebudowa sieci

przestrzennej żelaza γ w żelazo α.. Przemiana martenzytycznarozpoczyna się natychmiast , bez okresu inkubacyjnego polega napowstawaniu coraz to nowych kryształów. Ilość martenzytuzwiększa się poprzez powstawanie nowych igieł , a nie rozrost jużistniejących. Pierwsze płytki martenzytu biegną przez całe ziarnaaustenitu nie przekraczając jednak ich granic. Kolejne są do nichrównoległe lub nachylone pod kątem 60° i 120° . Temperatura

początku (Ms) i końca (Mf) przemiany zależy od składuchemicznego stali , a przede wszystkim od zawartości węgla.

Czynniki sprzyjająceodkształceniom i

 pęknięciom

Środki zapobiegawcze

   K  o  n  s   t  r  u   k  c   j  a Przekroje asymetryczne,

nierównomierne rozłożeniemasy

Zmiana konstrukcji lubzmniejszenie asymetrii;należy unikać dużegozróżnicowania

  przekrojów i jednostronnych wciec

Brak promieni  przejściowych i naglezmiany przekrojów

Zastosowanie własneobróbki c ieplnejuwzględniającejtechnologicznośćobróbki cieplnej jeżelikonstr ukcja n iedopuszcza promieni iłagodnych przejść

 Niewystarczającahartowność w stosunku dowielkości przekroju

  przyjętego rodzajuchłodziwa hartowniczego

Rozważanie celowościzmiany gatunków stalilub sposobu hartowania

   J  a   k  o   ś   ć  s   t  a   l   i

Pomieszanie gatunkówstali

Zaostrzenie kontroli,  poprawienie organizacjiskładowania

Skład chem niezgodny znorma, niedostateczna

 jednorodnośćUściślenie warunkówtechnicznych odbioruhutniczegoWady powierzchniowe

 pochodzenia hutniczego

   O   b  r   ó

   b   k  a  c   i  e  p   l  n  a Ułożenie w piecu

  powodujące odkształcenia  pod własnym ciężaremoraz nierównomierne

grzanie i chłodzenie

Dostosowaniekonstrukcji osprzętu dokszt ałt u c zę śc i,stosowanie przekładek 

miedzy częściamiZbyt szybkie inierównomierne grzanie z

  przyczyn niezależnych odułożenia wsadu

Zmniejszanie szybkościgrzania i zróżnicowanietemp w przestrzeniroboczej pieca

  Niewłaściwa aktywnośćatmosfery piecowej

Dostosowanie składuatmosfery do gatunkustali

  Niewłaściwe parametryaustenizowania

Sprawdzenie zgodnościz instrukcjatechnologiczna

  Niewłaściwe warunkioziębiania

Zmiana czynnikówokreślających szybkośći równomiernośćoziębiania w sposóbzapobiegającynadmiernymodkształceniom

Zbyt długotrwała przerwamiedzy hartowaniem aodpuszczaniem

Wyeliminowanie lubz mni ejs ze ni e domożliwego minimum

  przerwy czasowej wciągłości procesu

5/13/2018 Do Egzaminu Walter - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/do-egzaminu-walter 2/2