MOśLIWOŚĆ KSZTAŁTOWANIA TWARDOŚCI STALI EN41Cr4 Z WYKORZYSTANIEM POLIMEROWYCH ŚRODKÓW CHŁODZĄCYCH



Podobne dokumenty
ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Wpracy przedstawiono wyniki

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Technologia obróbki cieplnej. Grzanie i ośrodki grzejne

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

Technologie Materiałowe II Wykład 3 Technologia hartowania stali

Zastosowanie metody prądów wirowych w badaniach struktury obrobionej cieplnie stali NC11LV

ANALIZA WPŁYWU SZYBKOŚCI CHŁODZENIA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI STALIWA L21HMF PO REGENERUJĄCEJ OBRÓBCE CIEPLNEJ

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

Ćwiczenie 6 HARTOWNOŚĆ STALI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ NA SIŁĘ CIĘCIA I SIŁĘ ŚCISKANIA ZIEMNIAKÓW

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

PROCEDURY POMIARÓW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH, MATERIAŁOWYCH I SZYBKOŚCI ZUśYCIA KOMBAJNOWYCH NOśY STYCZNO-OBROTOWYCH

Obróbka cieplna stali

KOMPUTEROWA SYMULACJA POLA TWARDOŚCI W ODLEWACH HARTOWANYCH

Ocena struktury ulepszonych cieplnie stali 36HNM i 38HMJ metodą prądów wirowych

CHARAKTERYSTYKA STRUKTURALNA WARSTWY WIERZCHNIEJ W STALIWIE Cr Mo W WARUNKACH ŚCIERANIA

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

NAWĘGLANIE PRÓŻNIOWE GŁĘBOKICH OTWORÓW W STALI 16HG

MATEMATYCZNY MODEL PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

Kinetyka przemian fazowych przechłodzonego austenitu stali podeutektoidalnej 37MnCo6-4

Rys. 1. Próbka do pomiaru odporności na pękanie

PROCEDURY POMIARÓW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH, MATERIAŁOWYCH KOMBAJNOWYCH NOŻY STYCZNO-OBROTOWYCH

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

Prof. dr hab. inż. Jerzy Nowacki Szczecin, 06 czerwca 2017 OCENA PRACY DOKTORSKIEJ. Mgr inż. Krzysztofa Kędzierskiego

BADANIE CIEPLNE LAMINATÓW EPOKSYDOWO-SZKLANYCH STARZONYCH W WODZIE THERMAL RESERACH OF GLASS/EPOXY LAMINATED AGING IN WATER

ĆWICZENIE Nr 8. Laboratorium InŜynierii Materiałowej. Opracowali: dr inŝ. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka

PRÓBA ILOŚCIOWEGO OPISU WPŁYWU PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA UDARNOŚĆ STALI NARZĘDZIOWEJ 102CR6

Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 P Ai'l - Oddział Katowice PL ISSN POCICA-FILIPOWICZ Anna, NOWAK Andrzej

Nauka o materiałach III

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ ZIEMNIAKÓW NA PRĘDKOŚĆ PROPAGACJI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

DOBÓR ŚRODKÓW TRANSPORTOWYCH DLA GOSPODARSTWA PRZY POMOCY PROGRAMU AGREGAT - 2

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW DUPLEX WYTWARZANYCH W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ POKRYTEJ STOPEM NIKLU

METODYKA BADAŃ WYZNACZANIA ODPORNOŚCI NA KOROZJĘ NAPRĘŻENIOWĄ ELEMENTÓW Z TWORZYW POLIMEROWYCH

27/36 BADANIE PROCESÓW ODPUSZCZANIA STALI SW7.M PO HARTOWANIU LASEROWYM

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA. Tom XLIX Rok 2009 Zeszyt 3

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA NA ZIMNO I OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ TAŚM PRZEZNACZONYCH NA PIŁY TAŚMOWE

ZMĘCZENIE CIEPLNE STALIWA CHROMOWEGO I CHROMOWO-NIKLOWEGO

OBRÓBKA CIEPLNA STALIWA Cr Mo V PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

WPŁYW DODATKU MANGANU NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI SPIEKÓW Fe-Cr-Mo

MECHANIKA KOROZJI DWUFAZOWEGO STOPU TYTANU W ŚRODOWISKU HCl. CORROSION OF TWO PHASE TI ALLOY IN HCl ENVIRONMENT

WŁASNOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURA ŻELIWA Z GRAFITEM MIESZANYM PO DWUSTOPNIOWYM HARTO- WANIU IZOTERMICZNYM

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Lepkościowo średnia masa cząsteczkowa polimeru. opiekun ćwiczenia: dr A.

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. III. Hartowanie i odpuszczanie, obróbka cieplno-chemiczna

WPŁYW ZMIAN ZAWARTOŚCI WODY NA TWARDOŚĆ ZIARNA PSZENICY PODCZAS PRZECHOWYWANIA W SILOSIE W WARUNKACH MODELOWYCH

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Własności mechaniczne i strukturalne wybranych gipsów w mechanizmie wiązania.

Wpływ obróbki cieplnej po spawaniu na własności i strukturę złączy ze stali 4330V

ĆWICZENIE NR 39 * KRUCHOŚĆ ODPUSZCZANIA STALI

WPŁYW NACHYLENIA TERENU NA CZYSTOŚĆ ZIARNA ZBIERANEGO KOMBAJNEM BIZON Z 058 WYPOSAśONYM W SITO DASZKOWE

TERMITOWA SPAWALNOŚĆ BAINITYCZNYCH STALI SZYNOWYCH (NA PRZYKŁADZIE CRB1400, PROFIL 60E1/2)

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. III. Hartowanie i odpuszczanie, obróbka cieplno-chemiczna

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

WĘGLOAZOTOWANIE JAKO ELEMENT OBRÓBKI CIEPLNEJ DLA ŻELIWA ADI

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

Stale narzędziowe - stopy przeznaczone na narzędzia tj. przedmioty służące do rozdzielania i rozdrabniania materiałów bądź nadawania kształtu przez

WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA PĘKANIE ROZJAZDÓW KOLEJOWYCH INFLUENCE OF SELECTED FACTORS ON CRACKING OF RAILWAY CROSSOVER

WPŁYW AZOTU NA STRUKTURĘ, TWARDOŚĆ I ZUŻYCIE ŚCIERNE ŻELIWA CHROMOWEGO

FUNKCYJNY OPIS KRZYWEJ HARTOWNOŚCI. JURA Stanisław., BARTOCHA Dariusz Katedra Odlewnictwa, Politechniki Śląskiej, Gliwice Towarowa 7, POLAND

BADANIA PORÓWNAWCZE PAROPRZEPUSZCZALNOŚCI POWŁOK POLIMEROWYCH W RAMACH DOSTOSOWANIA METOD BADAŃ DO WYMAGAŃ NORM EN

Streszczenie. Słowa kluczowe: towary paczkowane, statystyczna analiza procesu SPC

BADANIA STRUKTURALNE MECHANIZMU ODKSZTAŁCENIA NA ZIMNO STALI PRZEZ ZGNIATANIE OBROTOWE

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

OCENA SKUTKÓW ZMIAN ZASILANIA W OPTOELEKTRONICZNYM SYSTEMIE POMIARU WILGOTNOŚCI GLEBY

RHEOTEST Medingen. Lepkościomierz laboratoryjny RHEOTEST LK do kontrolowania stężenia roztworów chłodzących w urządzeniach do hartowania.

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

ĆWICZENIE Nr 7/N Opracowali: dr Hanna de Sas Stupnicka, dr inż. Sławomir Szewczyk

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Badania wpływu obróbki laserowej i azotowania na własności warstwy wierzchniej próbek ze stali WCL

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

Stale narzędziowe. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

WPŁYW TEMPERATURY HARTOWANIA NA MIKROSTRUKTURĘ I WŁASNOŚCI MECHANICZNE STALI DP

WPŁYW MIKROSTRUKTURY NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI NOWOCZESNYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH AHSS

METODA WARTOŚCIOWANIA PARAMETRÓW PROCESU PLANOWEGO OBSŁUGIWANIA TECHNICZNEGO MASZYN ROLNICZYCH

ZUŻYCIE ŚCIERNE STOPU AK7 PO OBRÓBCE MODYFIKATOREM HOMOGENICZNYM

STALE NARZĘDZIOWE DO PRACY NA GORĄCO

BADANIA ŻELIWA Z GRAFITEM KULKOWYM PO DWUSTOPNIOWYM HARTOWANIU IZOTERMICZNYM Część II

Transkrypt:

3-2012 PROBLEMY EKSPLOATACJI 249 Paweł HERMANOWICZ, Jerzy SMOLIK Instytut Technologii Eksploatacji PIB, Radom MOśLIWOŚĆ KSZTAŁTOWANIA TWARDOŚCI STALI EN41Cr4 Z WYKORZYSTANIEM POLIMEROWYCH ŚRODKÓW CHŁODZĄCYCH Słowa kluczowe Polimery hartownicze, utwardzanie cieplne. Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu stęŝenia i rodzaju polimerowych ośrodków chłodzących na strukturę oraz twardość stali EN41Cr4 po utwardzaniu cieplnym. Badania przeprowadzono dla wodnych roztworów polimeru Polihartenol-HI w zakresie stęŝeń 15 60%. W ramach zrealizowanych prac przeanalizowano moŝliwości kształtowania twardości stali EN41Cr4 poprzez dobór stęŝenia polimeru Polihartenol-HI w wodnym roztworze hartowniczym. Na podstawie analizy zmian twardości stali EN41Cr4, w wyniku stosowania wodnych roztworów hartowniczych o róŝnych stęŝeniach polimeru Polihartenol-HI, zaproponowano i zweryfikowano eksperymentalnie formułę matematyczną umoŝliwiającą dobór stęŝenia badanego polimeru w roztworze wodnym, zapewniającego uzyskanie wymaganej twardości stali EN41Cr4 w wyniku utwardzania cieplnego. Wprowadzenie Obserwowane w ostatnich latach wzrastające zainteresowanie kąpielami polimerowymi wynika z wielu korzyści, jakie niesie stosowanie tych mediów,

250 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2012 jako ośrodków chłodzących podczas hartowania stali. Zastosowanie polimerowych kąpieli hartowniczych oprócz korzyści ekonomicznych pozwala uzyskać takŝe korzyści ekologiczne i techniczne [1, 2]. Korzyści ekonomiczne to niŝsze ceny kąpieli polimerowych w stosunku do olejów hartowniczych, mniejsze nakłady na remont urządzeń chłodniczych i odciągowych, wyeliminowanie kosztów utrzymania systemów ppoŝ. w wannach hartowniczych. Zastosowanie polimerów zapewnia wysoką trwałość kąpieli hartowniczych oraz pełną kontrolę zmian ich zdolności chłodzących, wyeliminowanie oddziaływania korozyjnego na elementy hartowane, a przede wszystkim pozwala zmniejszyć zanieczyszczenia środowiska. Korzyści techniczne to moŝliwość sterowania prędkościami chłodzenia przez stosowanie róŝnych stęŝeń kąpieli, co w efekcie umoŝliwia uzyskanie w wielu przypadkach lepszej jakości obrabianych cieplnie detali [3]. Szybkość chłodzenia poprzez wpływ na kinetykę przemian decyduje nie tylko o strukturze hartowanego elementu, ale równieŝ determinuje jego stan napręŝeń wewnętrznych. Stan napręŝeń wewnętrznych ma istotny wpływ na powstawanie krzywizn, deformacji i pęknięć hartowanych elementów [4]. Dlatego teŝ waŝną rolę odgrywa prawidłowy dobór ośrodka chłodzącego podczas hartowania róŝnych gatunków stali. Badania zaprezentowane w artykule przedstawiają wpływ stęŝenia i rodzaju wodnych roztworów polimerowych ośrodków chłodzących na strukturę oraz twardość elementów wykonanych ze stali EN41Cr4 w procesie hartowania. 1. Metodyka badań Badaniom poddano próbki ze stali stopowej do ulepszania cieplnego EN41Cr4 o średnicy φ27 mm i grubości g = 12 mm. Proces austenityzowania przeprowadzono w temperaturze 850 C, w czasie 15 min, w piecu hartowniczym PK 55/12-LAC. Atmosferę ochronną stanowił azot o przepływie 15 l/min. Jako ośrodki chłodzące wybrano roztwory wodne polimeru hartowniczego Polihartenol-HI [5, 6] w zakresie stęŝeń 15 60%. Do ustalenia wybranych stęŝeń polimeru w kąpieli hartowniczej zastosowano dwie metody. W przypadku kąpieli o stęŝeniach polimeru nieprzekraczających 30% wykorzystano zaleŝność (1) bazującą na stosunku lepkości względnej wodnego roztworu polimerowego, wyznaczanej jako stosunek czasu wypływu kąpieli T k do czasu wypływu wody T w, z kubka Forda [7]. c = 742,7n 4 + 3836,2n 3 7453,6n 2 + 6507n 2146,9 (1) gdzie: c stęŝenie kąpieli w [%], n = T k /T w lepkość względna, T k czas wypływu kąpieli [s], T w czas wypływu wody [s].

3-2012 PROBLEMY EKSPLOATACJI 251 W przypadku stęŝeń przekraczających 30% stęŝenie procentowe kąpieli wyznaczono korzystając z zaleŝności (3): ms C p = 100% (2) m + m s rozp gdzie: C p stęŝenie procentowe roztworu [%], m s masa polimeru [g], m rozp masa wody [g]. W celu moŝliwości porównania twardości uzyskiwanych w procesie utwardzania cieplnego z wykorzystaniem polimerowych mediów chłodzących i typowego oleju hartowniczego, próbki ze stali EN41Cr4 poddano dodatkowo hartowaniu w oleju Houghto-Quench 150. Wszystkie procesy hartowania przeprowadzono w wannie hartowniczej IZO-257 przy stałych parametrach mediów hartowniczych, tj. temperaturze T H = 25 C oraz cyrkulacji V C = 250 l/min. Po hartowaniu próbki były odpuszczane w temperaturze 160 C, w czasie 2 h, w piecu hartowniczym PK 55/12-LAC. Przebieg procesu utwardzania cieplnego pokazano na rys.1. Rys. 1. Przebieg procesu utwardzania cieplnego stali EN41Cr4 Twardość próbek mierzono metodą Rockwella z wykorzystaniem twardościomierza M4R075 firmy EMCO-TEST. Dla kaŝdej z próbek wykonano po 10 pomiarów twardości. Na podstawie uzyskanych wyników wyliczono wartość średnią oraz średnie odchylenie standardowe. Obserwacje struktury stali EN41Cr4 po procesie utwardzania cieplnego przeprowadzono na zgładach

252 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2012 metalograficznych trawionych nitalem 2%, z wykorzystaniem mikroskopu optycznego Neophot 32. 2. Wyniki badań Wyniki badań twardości wykazały, Ŝe wzrost stęŝenia polimeru hartowniczego Polihartenol-HI w roztworze wodnym powoduje spadek twardości stali EN41Cr4, która z 54 HRC dla roztworu o stęŝeniu 15% polimeru, zmniejszyła się do 43 HRC dla roztworu o stęŝeniu 60%. UpowaŜnia to do stwierdzenia, Ŝe szybkość chłodzenia roztworów wodnych polimeru hartowniczego Polihartenol- -HI zmniejsza się wraz ze wzrostem stęŝenia polimeru w medium chłodzącym (tabela 1). Tabela 1. Wyniki pomiarów twardości stali EN41Cr4 medium hartownicze: roztwór wodny polimeru Polihartenol-HI. StęŜenie polimeru Polihartenol-HI 15% 30% 45% 60% Olej Houghto-Quench 150 Pomiar HRCP-15 HRCP-30 HRCP-45 HRCP-60 HRCHQ-150 1 54,3 53,0 47,6 44,2 48,7 2 54,3 52,1 47,3 44,4 50,8 3 53,9 51,5 47,2 43,7 50,1 4 54,2 53,1 47,6 42,0 51,5 5 54,0 51,0 47,8 44,1 51,4 6 54,5 50,6 47,0 43,7 51,5 7 54,8 51,6 47,3 44,2 51,8 8 54,3 52,6 47,8 43,2 48,4 9 53,7 50,7 47,6 43,0 49,5 10 54,9 50,6 47,8 42,4 48,2 HRC śr 54,3 51,7 47,5 43,5 50,2 σhrc śr 0,38 0,98 0,28 0,82 1,40 Dla wszystkich próbek poddanych procesom utwardzania cieplnego wykonano badania metalograficzne, pokazane na rys. 2. Przeprowadzone obserwacje mikroskopowe wykazały, Ŝe w przypadku zastosowania roztworu wodnego Polihartenol-HI o stęŝeniu 15% polimeru, uzyskano typową strukturę odpuszczonego martenzytu z austenitem szczątkowym (rys. 2a). Zwiększanie stęŝenia polimeru w wodnym roztworze hartowniczym powodowało występowanie w badanej stali EN41Cr4 struktury bainitu, którego

3-2012 PROBLEMY EKSPLOATACJI 253 Rys. 2. Mikrostruktura stali EN41Cr4 po procesach utwardzania cieplnego zróŝnicowanych ze względu na medium hartownicze: wodne roztwory polimeru hartowniczego Polihartenol- HI (a) 15%, (b) 30%, (c) 45%, (d) 60%. ilość wzrastała wraz ze wzrostem stęŝenia polimeru (rys. 2b d). Wyniki obserwacji metalograficznych w pełni korelują z wynikami badań twardości (tabela 1), potwierdzając zmniejszanie się szybkości chłodzenia roztworów wodnych polimeru hartowniczego Polihartenol-HI wraz ze wzrostem stęŝenia polimeru w medium chłodzącym. Analiza wyników pomiarów twardości (tabela 1), jak równieŝ wyników badań metalograficznych (rys. 2e) pozwalają równieŝ stwierdzić, Ŝe intensywność chłodzenia oleju hartowniczego Houghto-Quench 150 odpowiada intensywności chłodzenia roztworu wodnego o stęŝeniu pomiędzy 30% i 40% polimeru Polihartenol-HI.

254 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2012 4. Dyskusja i weryfikacja wyników Uzyskane wyniki twardości stali EN41Cr4 pokazane w tabeli 1 poddano analizie trendu zmian wielomianem 2. stopnia, w funkcji wzrostu stęŝenia roztworu wodnego polimeru Polihartenol-HI. Uwzględniając dokładność pomiarową twardościomierza M4R075 firmy EMCO-TEST 1 HRC oraz maksymalną wartość odchylenia standardowego σ = 0,98 HRC wyliczoną na podstawie wyników pomiarów twardości, przyjęto dokładność pomiaru twardości na poziomie 2 HRC. Wyniki analizy pokazano na rys. 3. Rys. 3. Trend zmian twardości stali EN41Cr4 po utwardzaniu cieplnym w funkcji wzrostu stęŝenia hartowniczego roztworu wodnego polimeru Polihartenol-HI Na tej podstawie zaproponowano formułę matematyczną (3) pozwalającą przewidywać twardość stali EN41Cr4 po procesie utwardzania cieplnego, o przebiegu pokazanym na rys.1, w zaleŝności od stęŝenia roztworu wodnego polimeru Polihartenol-HI wykorzystywanego jako medium hartownicze. HRC EN41Cr4 = 0,0016 (C p ) 2 0,1272 C + 56,635 (3) gdzie: C p stęŝenie kąpieli w [%]. W celu zweryfikowania zaproponowanej formuły matematycznej wyznaczono z jej wykorzystaniem dwa róŝne stęŝenia wodnych roztworów polimeru hartowniczego Polihartenol-HI, tj. C 1 = 36% oraz C 2 = 54%, umoŝliwiające uzyskanie twardości stali EN41Cr4 odpowiednio: 50 HRC i 45 HRC. Następnie dla dwóch przygotowanych roztworów hartowniczych, o wyznaczonych stęŝeniach polimeru Polihartenol-HI, przeprowadzono procesy utwardzania cieplnego

3-2012 PROBLEMY EKSPLOATACJI 255 stali EN41Cr4, zgodnie z przebiegiem pokazanym na rys. 1. Wykonane próbki poddano badaniom twardości oraz badaniom metalograficznym zgodnie z opisaną metodyką. Uzyskane wyniki badań twardości oraz obserwacji metalograficznych pokazano w tabeli 2. Tabela 2. Struktura i wyniki pomiarów twardości stali EN41Cr4 po badaniach weryfikujących StęŜenie polimeru Polihartenol-HI 36% 54% Twardość planowana: 50 HRC Twardość planowana: 45 HRC Struktura Pomiar HRCP-36 HRCP-54 1 49,6 46,7 2 48,9 46,9 3 49,8 45,7 4 48,5 46,0 5 51,1 44,9 6 49,9 45,2 7 50,3 44,5 8 50,2 45,6 9 50,9 44,9 10 48,0 46,6 HRC śr 49,7 45,7 σhrc śr 1,00 0,84 Przeprowadzone obserwacje mikroskopowe wykazały, Ŝe w przypadku zastosowania roztworu wodnego Polihartenol-HI o stęŝeniu 36% uzyskano strukturę odpuszczonego martenzytu i austenitu szczątkowego oraz niewielką ilość bainitu. Średnia twardość stali EN41Cr4, wyznaczona na podstawie 10 pomiarów jednostkowych, przy uwzględnieniu podwójnej wartości odchylenia standardowego

256 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2012 wynosiła, w tym przypadku 49,7±1 HRC. Stal EN41Cr4 poddana procesowi hartowania w roztworze wodnym polimeru hartowniczego Polihartenol-HI o stęŝeniu 54%, charakteryzowała się znacznym udziałem struktury bainitycznej. Wyznaczona średnia twardość stali EN41Cr4 wynosiła w tym przypadku 45,7 ±0,84 HRC. Wyniki przeprowadzonych badań weryfikacyjnych potwierdziły poprawność przyjętej formuły matematycznej pozwalającej dobierać stęŝenie wodnych roztworów polimeru hartowniczego Polihartenol-HI w celu uzyskania oczekiwanej twardości stali EN41Cr4 w zakresie 45 55 HRC. Podsumowanie i wnioski Przedstawione w artykule wyniki badań dotyczą analizy wpływu składu i gęstości polimerów hartowniczych na szybkość chłodzenia elementów ze stali do ulepszania cieplnego EN41Cr4. W tym celu zaprojektowano i przeprowadzono procesy technologiczne utwardzania cieplnego, zróŝnicowane pod względem stęŝenia polimeru Polihartenol-HI w wodnych roztworach hartowniczych. Ocenę wpływu składu i gęstości polimerów na szybkość chłodzenia w poszczególnych procesach obróbki cieplnej przeprowadzono na podstawie wyników badań metalograficznych oraz badań twardości. Uzyskane wyniki badań pozwoliły sformułować następujące wnioski: 1. W przypadku stali stopowej EN41Cr4, na podstawie wyników badań metalograficznych oraz wyników badań twardości po procesie utwardzania cieplnego, obejmującego hartowanie w wodnych roztworach polimeru hartowniczego Polihartenol-HI, wykazano znaczne moŝliwości sterowania uzyskiwaną twardością w zaleŝności od stęŝenia polimeru w kąpieli hartowniczej. 2. Stosowanie wodnych roztworów polimeru Polihartenol-HI, o stęŝeniu w przedziale 15 30%, umoŝliwia uzyskanie wyŝszej twardości obrabianej stali EN41Cr4, tj. 52 55 HRC, niŝ w przypadku stosowania oleju hartowniczego Houghto-Quench 150, dla którego uzyskiwane twardości wynosiły 50 HRC. 3. Wyniki przeprowadzonych badań weryfikacyjnych potwierdziły poprawność przyjętej formuły matematycznej, umoŝliwiającej dobór stęŝenia wodnych roztworów polimeru hartowniczego Polihartenol-HI, w celu uzyskania oczekiwanej twardości stali EN41Cr4 w zakresie 42 55 HRC. 4. Roztwory wodne polimeru hartowniczego Polihartenol-HI naleŝy uznać za bardzo wygodne technologicznie media chłodzące, bowiem róŝnicowanie twardości stali EN41Cr4 o 1 HRC wymaga zmian w stęŝeniu polimeru w roztworze wodnym o 4%.

3-2012 PROBLEMY EKSPLOATACJI 257 Praca naukowa wykonana w ramach realizacji Programu Strategicznego pn. Innowacyjne systemy wspomagania technicznego zrównowaŝonego rozwoju gospodarki w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka. Bibliografia 1. Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo, WNT, 1994, s. 214. 2. Sisson R.D., Fuller G.F., Herring D.H.: The Heat Treatment of Fasteners, Tips for Operation, Fastener Technology International, 2008, 28 29. 3. Beitz T.: Woda, sole hartownicze, wysokowydajne oleje hartownicze oraz mieszane z wodą polimerowe ośrodki chłodzące, Materiały XIII Seminarium Grupy SECO/Warwick pt. Nowoczesne trendy w obróbce cieplnej, Świebodzin, 2010, 122 123. 4. Han S.W., Kang S.H., Totten G.E. and Webster G.M.: Applications of Polymer Quenchants for High Hardenability, Crack-Sensitive Steels, in 17 th Heat Treating Society Conference Proceedings Including the 1 st International Induction Heat Treating Symposium, International Materials Park OH, 1997, 373 379. 5. Materiały informacyjne firmy PRO-IMP. 6. Materiały informacyjne firmy TERMO-IMP. 7. www.sciteex.com.pl. Recenzent: Jerzy MICHALSKI Possibilities of forming the hardness of EN41Cr4 steel using polymer quenchants Key words Polymer quenchants, quenching and tempering. Summary The article presents the research results of the influence of concentration and type of polymer quenchants on the structure and hardness of EN41Cr4 steel after quenching and tempering. Research was carried out for the aqueous solutions of the Polihartenol-HI polymer within the concentration range of 15 60%. Within the scope of the work, the possibilities of forming the hardness of EN41Cr4 steel by the selection of the concentration of aqueous solutions

258 PROBLEMY EKSPLOATACJI 3-2012 of Polihartenol-HI polymer are discussed. Based on the analysis of the hardness changes in EN41Cr4 steel caused by the use of aqueous quenching solutions with different concentrations of Polihartenol-HI polymer, a mathematical formula was determined and experimentally verified that allows for the selection of concentrations of aqueous solutions of the tested polymer to obtain the required hardness of EN41Cr4 steel after the quenching and tempering process.