Ćw 3 15 04-1 PDF

Preview

Summary

Download Ćw 3 15 04-1 PDF

Description

Laboratorium Nauka o materiałach z elementami chemii Dominik Kazmierczak 143882

Temat: Struktura i właściwości stali po obróbce cieplno  chemicznej

1. Cel ćwiczenia: Poznanie wybranych metod obróbki cieplno – chemicznej oraz ich wpływu na strukturę i właściwości użytkowe obrobionych cieplnie stali.

2. Przebieg ćwiczenia: W oparciu o literaturę opisz:  mikrostrukturę stali 20Cr4 (20H) po nawęglaniu gazowym oraz istotę, cel, obróbkę cieplną , zastosowanie i właściwości materiałów po: nawęglaniu  mikrostrukturę stali C55 po borowaniu w proszku oraz istotę, cel, obróbkę cieplną , zastosowanie i właściwości materiałów po borowaniu

mikrostruktura stali 20Cr4 nawęglanie gazowe gazowe 900 °C/5h wolne chłodzenie

mikrostruktura stali C55 borowanie w proszku 950 °C

1. Jest to próbka stali konstrukcyjnej stopowej do nawęglania 20Cr4, która została poddana procesowi nawęglania gazowego w temperaturze 900 stopni Celsjusza przez 5 godzin. Następnie została powoli schłodzona, dzięki czemu na jej powierzchni wytworzyła się warstwa wzbogacona w węgiel. Dzięki metodzie nawęglania gazowego można bardzo precyzyjnie dobrać grubość nawęglania i zawartość węgla w materiale. Temu zabiegowi poddaje się głównie stale niskowęglowe, których zawartość węgla nie przekracza 0,25%. Zawartość węgla w strefie nawęglania wzrasta o 1-1,3% , a głębokość nawęglania wynosi najczęściej 0,5 do 2 mm. W procesie nawęglania można wyodrębnić dwa etapy: pochłanianie węgla w postaci atomowej przez powierzchnię metalu (absorpcję) oraz przenikanie węgla w głąb materiału. Prowadzi się je w celu zwiększenia twardości, odporności na

ścieranie, wytrzymałości zmęczeniowej oraz nacisku powierzchniowego przy zachowaniu odpowiedniej ciągliwości oraz sprężystości rdzenia. Rdzeń staje się odporny na obciążenia dynamiczne. Badana próbka ma budowę perlityczną . Jest ona najsilniej nawęglona, a płytki perlitu są nadtrawione azotalem. Przechodzi ona głównie łagodnie przez strefę przejściową, złożoną z perlitu wraz z występującym ferrytem. Właściwości mechaniczne są wzbogacone, ponieważ proporcje rdzenia ulegają zmianie, a dominującą strukturą staje się ferryt. W nawęglaniu dąży się do drobnoiglastego martenzytu odpuszczonego z węglikami w postaci ziarnistej w warstwie powierzchniowej. Dąży się zwiększenia twardości na powierzchni do ok. 60 HRC oraz zwiększenia odporności na dynamiczne obciążenia; przy zachowaniu wymaganych właściwości rdzenia, który pozostaje nienawęglony. Po nawęgleniu stale należy poddać dalszej obróbce. W tym celu dokonuje się podwójnego hartowania, najpierw w temperaturze właściwej rdzenia, a następnie w temperaturze właściwej dla warstwy wierzchniej nawęglonej. Następnie poddaje się stal niskiemu odpuszczaniu w temperaturze ok.(160-180°C) przez ok 90-120 minut. Stale nawęglane używane są do produkcji np. kół zębatych, ślimaków, wałów, przekładni itp. elementów pracujących pod dużym obciążeniem i wymagających dużej wytrzymałości. 2. Jest to próbka stali niestopowej jakościowej do ulepszania cieplnego C55 poddana procesowi borowania w piasku o temperaturze 950 stopni Celsjusza. Mikrostruktura próbki skłąda się z ferrytu oraz perlitu wraz z iglastą sferą borków żelaza. Borowanie jest rodzajem obróbki cieplnej, polegającej na nasycaniu borem powierzchniowej warstwy przedmiotów stalowych. Przeprowadza się je w temperaturze około 1000 °C; w ośrodkach ciekłych lub stałych, które wydzielają bor. Obróbkę tę stosuje się zazwyczaj wobec narzędzi nie poddawanych obciążeniom dynamicznym, gdyż nadaje ona większą odporność, niż procesy azotowania i nawęglania, lecz jej wadą jest zwiększenie kruchości stali. Dzięki temu procesowi element uzyskuje bardzo dużą twardość powierzchni. Proces jest przeprowadzany w celu nadania stali większej odporności na zużycie przez tarcie, odporności na utlenianie w wysokiej temperaturze, odporności na korozję w wodnych roztworach części kwasów oraz zwiększenia żaroodporności stali (do 800°C). Elementy zyskują większą odporność od tych azotowanych czy nawęglanych, jednak są bardziej kruche. Powstałe w tym procesie warstwy dyfuzyjne są zbudowane z borków żelaza (FeB, Fe2B). Dla pierwszych twardość wynosi ok.2000-2400 HV, a dla drugich 1600-2000 HV. Zależność ta wynika ze stężenia boru przy procesie. Stale mają strukturę iglastą, prostopadłą do powierzchni. Są one stosunkowo kruche, lecz nie posiadają dużej twardości. Zyskują większą odporność od stali poddanych azotowaniu czy nawęglaniu. Po borowaniu dopuszcza się dalszą obróbkę cieplną obiektów. Stale naborowywanie należy poddać dalszej obróbce w postaci hartowania z niskim odpuszczaniem. Występują jednak rodzaje stali, które można hartować bezpośrednio z temperatury borowania. Najczęściej wykorzystuje się hartowanie z odpuszczaniem lub hartowanie izotermiczne. Typowe części, które są poddawane borowaniu to: elementy zaworów, elementy pomp, tuleje, elementy matryc, a w motoryzacji między innymi pompy oleju silników wysokoprężnych oraz koła zębate. Zabieg stosuje się do narzędzi narażonych na obciążenia dynamiczne. Wnioski: Dzięki ćwiczeniu potrafię określić strukturę i właściwości stali po obróbce cieplno-chemicznej. Znam definicję oraz jej zastosowanie. Potrafię sklasyfikować poszczególne metody obróbki. Ogólnie charakteryzuję nawęglanie, jego przebieg,

cele oraz sposoby. Poznałem strukturę warstwy nawęglonej. Zapoznałem się również z azotowaniem. Znam definicję borowania, jego istotę, cel, obróbkę cieplną , zastosowanie i właściwości materiałów po obróbce. Analizując niezbędne wiadomości poznałem podstawy teoretyczne obróbki cieplno-chemicznej stali. Ćwiczenie wywarło na mnie bardzo pozytywne wrażenia. Dzięki niemu wiele nauczyłem się o stalach o obróbce cieplno-chemicznej....