ΑΣΚΗΣΗ 4 Βαφή και εμβαπτότητα χαλύβων - Σκληρομετρία

ΑΣΚΗΣΗ 4 Βαφή και εμβαπτότητα χαλύβων - Σκληρομετρία ΑΣΚΗΣΗ 4-2016 1 Σκοπός Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η κατασκευή του διαγράμματος μεταβολής της σκληρότητας συναρτήσει της απόστασης από το ψυχόμενο άκρο ενός μεταλλικού δοκιμίου το οποίο έχει υποστεί μαρτενσιτική βαφή. ΛΕΞΕΙΣ-ΚΛΕΙΔΙΑ σκληρότητα, σκλήρυνση εργαλείων, θερμική κατεργασία, μαρτενσιτική βαφή, εμβαπτότητα, δοκιμή Jominy, χάλυβας, ωστενίτης, μαρτενσίτης, περλίτης, φερρίτης, διάγραμμα CCT (continuous cooling transformation), διάγραμμα ΤΤT (Τime-Temperature-Transformation), μέθοδος Rockwell, καμπύλη εμβαπτότητας κατά Jominy, βάθος βαφής. 2 Στοιχεία θεωρίας 2.1 Εισαγωγή (τμήμα του κεφαλαίου 2 με την ευγενική άδεια από την αναφορά [1]) Η κλασσική μέθοδος ελέγχου της εμβαπτότητας είναι η δοκιμή Jominy. Ένα κυλινδρικό μεταλλικό δοκίμιο θερμαίνεται σε φούρνο, ώστε να επέλθει πλήρης ωστενιτικός μετασχηματισμός. Εξερχόμενο από το φούρνο, τοποθετείται σε ειδική διάταξη (συσκευή Jominy), έτσι ώστε το ένα του άκρο να ψύχεται με πίδακα νερού. Η επιφάνεια του άκρου αυτού ψύχεται ταχύτατα, αλλά όλες οι άλλες διατομές αποψύχονται με προοδευτικά βραδύτερους ρυθμούς. Όταν όλο το κυλινδρικό δοκίμιο φθάσει σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, μετράται η σκληρότητα κατά μήκος μιας γενέτειρας του κυλινδρικού δοκιμίου και κατασκευάζεται η καμπύλη εμβατότητας. Η αντίσταση που παρουσιάζει κάθε στερεό σώμα όταν πιέζεται από μια δύναμη λέγεται σκληρότητα. Για την μέτρηση αυτής της τόσο σημαντικής ιδιότητας των υλικών χρησιμοποιούνται διάφορες συσκευές και διάφοροι μέθοδοι. Βασική αρχή της σκληρομετρίας είναι η πίεση μιας μικρής σφαίρας ή τετραγωνικής πυραμίδας ή ενός κώνου, από πολύ σκληρό κράμα, επάνω στην επιφάνεια του υλικού. Στη συγκεκριμένη άσκηση χρησιμοποιείται η μέθοδος Rockwell C, στην οποία ο διεισδυτής είναι κώνος από διαμάντι με γωνία κορυφής 120 και σφαιρικό άκρο διαμέτρου 0,2 mm. Στην περίπτωση αυτή δεν μετράται η διάμετρος του αποτυπώματος, αλλά το βάθος της διείσδυσης το οποίο μετατρέπεται σε σκληρότητα. Η σκλήρυνση εργαλείων, αλλά και σπαθιών με τη μέθοδο της θερμικής κατεργασίας της βαφής, ήταν γνωστή από αρχαιοτάτων χρόνων καθώςεφαρμοζόταν σε σιδηρουργεία της Αθήνας (Χρυσούς Αιών του Περικλέους, 5 ος αι. π.χ.). Οι λεπίδες των περίτρανων Δαμασκηνών Σπαθιών αποκτούσαν τρομερή σκληρότητα και συνάμα δυσθραυστότητα λόγω των ιδιαίτερων συνθηκών θερμικών κατεργασιών βαφής και επαναφοράς (αναθέρμανσης) που εφάρμοζαν οι τεχνίτες της εποχής εκείνης. Οι συνθήκες αυτής της σκλήρυνσης παραμένουν ακόμα και σήμερα ανεξακρίβωτες. Οι θερμικές 1

κατεργασίες αποτελούσαν βασικό τομέα τεχνολογικής προόδου της εποχής εκείνης, παρόλο που οι μηχανισμοί σκλήρυνσης ή εξασθένησης (μείωσης της σκληρότητας) ήταν άγνωστοι. Οι θερμικές κατεργασίες των μετάλλων σήμερα αποτελούν ένα από τα βασικότερα στάδια παραγωγής στη βαριά βιομηχανία και ειδικότερα στην κατασκευαστική βιομηχανία του χάλυβα. Με τον όρο θερμική κατεργασία ορίζεται μία διεργασία κατά την οποία το επεξεργαζόμενο τεμάχιο υφίσταται ένα συγκεκριμένο θερμικό κύκλο.,τα ακόλουθα στάδια αποτελούν το γενικευμένο σχήμα μιας οποιασδήποτε θερμικής κατεργασίας: 1. θέρμανση από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος στην επιθυμητή θερμοκρασία, 2. παραμονή στην εν λόγω θερμοκρασία για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, 3. ψύξη μέχρι τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Οι βασικές παράμετροι, οι οποίες διαφοροποιούν μεταξύ τους τις θερμικές κατεργασίες, είναι οι ακόλουθες : Η θερμοκρασία Ο χρόνος παραμονής στην παραπάνω θερμοκρασία Ο ρυθμός απόψυξης Το μέσο ή περιβάλλον θέρμανσης (αέρας, ταγμένα άλατα), το μέσο απόψυξης (νερό, λάδι, αλατόνερο), αλλά και η μάζα του κατεργαζόμενου υλικού, είναι βασικά στοιχεία των θερμικών κατεργασιών, γιατί επηρεάζουν σημαντικά τις βασικές τους παραμέτρους. Οι σημαντικότερες οικογένειες θερμικών κατεργασιών χαλύβων είναι οι ακόλουθες : Ανόπτηση Βαφή Επαναφορά 2.2 Βαφή ωστενίτη Βαφή ωστενίτη ονομάζεται η θερμική κατεργασία, η οποία περιλαμβάνει την απότομη απόψυξη ενός δοκιμίου χάλυβα που βρίσκεται στη θερμοκρασία ωστενιτοποίησης (850 ), με στόχο την αύξηση της σκληρότητας του δοκιμίου. Σχηματική παράσταση της θερμικής κατεργασίας της βαφής χάλυβα φαίνεται στην Εικόνα 4.1. Εικόνα 4.1: Πιθανοί μετασχηματισμοί που περιλαμβάνουν την αποσύνθεση ωστενίτη, 1. BCT: Body Centered Tetragonal= Χωροκεντρωμένη τετραγωνική 2

ΑΣΚΗΣΗ 4-2016 Η ταχύτητα ψύξης είναι καθοριστική τόσο για τον βαθμό σκλήρυνσης, όσο και για τις αστοχίες (ρωγματώσεις) που μπορούν να εμφανισθούν λόγω ανάπτυξης εσωτερικών τάσεων (εικόνα 4.2). Όσο πιο απότομη είναι η ταχύτητα ψύξης, τόσο αυξάνεται και η σκληρότητα του υλικού, με άμεσο όμως επακόλουθο τη δραματική μείωση της δυσθραυστότητας και με κίνδυνο την εμφάνιση ρωγμών. Η ταχύτητα ψύξης εξαρτάται από τη δραστικότητα του μέσου ψύξης (αέρας < λάδι < νερό < αλατόνερο). Εικόνα 4.2: Γενικές τάσεις της σκληρότητα και της ολκιμότητας για ένα κράμα σιδήρου-άνθρακα. 2.3 Η εμβαπτότητα Η εμβαπτότητα ενός χάλυβα (hardenability) ορίζεται ως η ιδιότητα που προσδιορίζει το βάθος και την κατανομή της σκληρότητας που προέρχεται από βαφή ωστενίτη. Η εμβαπτότητα εξαρτάται από τη σύσταση του χάλυβα, από το μέγεθος κόκκου του ωστενίτη και από τη δομή του χάλυβα πριν τη βαφή. Η εμβαπτότητα προσδιορίζεται με την πρότυπη δοκιμή Jominy (εικόνες 4.3, 4.4 και 4.5, παράγραφος 2.4) και εκφράζεται με τη βοήθεια των παρακάτω παραμέτρων : (α) Κρίσιμο βάθος βαφής: η απόσταση μετρούμενη από το ψυχόμενο άκρο του υλικού, στην οποία έχει μετατραπεί ο ωστενίτης κατά 50% σε μαρτενσίτη (εικόνα 4.5 β). Το κρίσιμο βάθος βαφής εξαρτάται από το υλικό και από το μέσο ψύξης. (β) Κρίσιμη ταχύτητα βαφής: η ελάχιστη ταχύτητα που πρέπει να ψυχθεί ο χάλυβας ώστε να σχηματισθεί στην επιφάνειά του 100% μαρτενσίτης. Η κρίσιμη ταχύτητα βαφής εξαρτάται μονάχα από το υλικό. Με βάση τα παραπάνω βγαίνουν τα εξής συμπεράσματα : Η εμβαπτότητα ενός χάλυβα αυξάνεται με την αύξηση του κρίσιμου βάθους βαφής ή/και με τη μείωση της κρίσιμης ταχύτητας βαφής. Δεν πρέπει να συγχέεταιη εμβαπτότητα (hardenability) με την σκληρότητα (hardness) η οποία περιγράφει την αντίσταση σε πλαστικές παραμορφώσεις. 2.4 Η δοκιμή Jominy Η δοκιμή Jominy είναι η κλασσική βιομηχανική μέθοδος ελέγχου της εμβαπτότητας και διεξάγεται με την ακόλουθη διαδικασία. Ένα κυλινδρικό μεταλλικό δοκίμιο μήκους 100 mm και διαμέτρου 25,4 mm (εικόνα 4.3) θερμαίνεται σε φούρνο, ώστε να επέλθει πλήρης ωστενιτικός μετασχηματισμός και να διαλυθούν πήρως όλα τα στοιχεία προσθήκης. Εξερχόμενο από το φούρνο τοποθετείται σε ειδική διάταξη (συσκευή Jominy, εικόνα 4.4), έτσι ώστε το ένα του άκρο να ψύχεται με πίδακα νερού. Η επιφάνεια του άκρου αυτού ψύχεται ταχύτατα, αλλά όλες οι άλλες διατομές που είναι παράλληλες προς αυτήν του άκρου και πάνω από αυτή, (προς το στερεωμένο άκρο του κυλινδρικού 3

δοκιμίου), ψύχονται με προοδευτικά βραδύτερους ρυθμούς. Όταν όλο το κυλινδρικό δοκίμιο φθάσει σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, μετράται η σκληρότητα κατά μήκος μιας γενέτειρας του κυλινδρικού δοκιμίου (εικόνα 4.5). Εικόνα 4.3: Δοκίμιο Jominy με διαστάσεις σε (μονάδες) Inch (1 cm = 2,54 ). Εικόνα 4.4: Συσκευή Jominy. 4

ΑΣΚΗΣΗ 4-2016 Εικόνα 4.5: (α) Περιοχή μετρήσεων, (β) Βάθος βαφής. 2.5 Το διάγραμμα χρόνου-θερμοκρασίας-μετασχηματισμού Οι γρήγορες θερμοκρασιακές μεταβολές, που λαμβάνουν χώρα κατά τη βαφή, οδηγούν στο σχηματισμό δομών εκτός ισορροπίας, όπως ο μαρτενσίτης ή/και ο μπαινίτης. Αυτές οι δομές δεν επισημαίνονται στο κλασικό διάγραμμα φάσεων Fe-C, διότι παρεμβαίνει η παράμετρος του χρόνου, που δεν υπάρχει στα διαγράμματα ισορροπίας φάσεων και είναι καθοριστική τόσο για τον μαρτενσιτικό, όσο και για το μπαινιτικό μετασχηματισμό. Ένα τέτοιο διάγραμμα, μεγάλης πρακτικής σημασίας, στο οποίο σκιαγραφούνται όλοι οι δυνατοί μετασχηματισμοί φάσεων με βάση και την παράμετρο του χρόνου, είναι το διάγραμμα χρόνου-θερμοκρασίας-μετασχηματισμού ή απλώς διάγραμμα ΤΤΤ (Τime-Temperature-Transformation). Τα διαγράμματα ΤΤΤ είναι ημιλογαριθμικά διαγράμματα ως προς το χρόνο, έχουν άξονες θερμοκρασία Τ log t και δείχνουν τη χρονική εξέλιξη του μετασχηματισμού του ωστενίτη, εάν παραμείνει σε μια σταθερή θερμοκρασία (κάτω από την ευτηκτοειδή) για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το σύνολο αυτό των σημείων για διάφορες θερμοκρασίες συνθέτει το TTT διάγραμμα. Κάθε χάλυβας έχει και το δικό του διάγραμμα ΤΤΤ. 2.6 Σκληρότητα Στη φυσική μεταλλουργία, ως σκληρότητα ενός υλικού ορίζεται η αντίσταση που προβάλλει το υλικό αυτό στην κάθετη διείσδυση ενός άλλου σώματος μεγαλύτερης σκληρότητας από αυτήν του εξεταζόμενου υλικού. Η σκληρότητα είναι μεγαλύτερη τόσο, όσο μικρότερη είναι η διείσδυση του σκληρού υλικού αναφοράς. Τα αποτελέσματα της σκληρομέτρησης παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με διάφορα θέματα που χαρακτηρίζουν τα υλικά όπως για παράδειγμα : Προσδιορισμός υλικού. Έλεγχος ορθής διαδικασίας θερμικής κατεργασίας. Έλεγχος ποιότητας επιφανειακών κατεργασιών. Συμπεριφορά και αντοχή του υλικού κατά τη διάρκεια του χρόνου. Συμπεριφορά του υλικού σε συνθήκες φθοράς και καταπόνησης. Έλεγχος μείωσης αντοχής μετά από θερμική κατεργασία. Πληροφορίες σχετικά με την αντοχή σε εφελκυσμό. 5

Εικόνα 4.6: Διάγραμμα ισόθερμου μετασχηματισμού ενός κράματος Fe-C ευτηκτοειδούς σύστασης, Α: ωστενίτης, Β: μπενίτης, Μ: μαρτενσίτης, P: περλίτης (με την ευγενική άδεια από την αναφορά [2]). Βασική αρχή της σκληρομετρίας, όπως προαναφέρθηκε, είναι η πίεση μιας σφαίρας, μιας τετραγωνικής πυραμίδας ή ενός κώνου (από πολύ σκληρό κράμα) επάνω στην επιφάνεια του υλικού. Οι διαστάσεις του αποτυπώματος (επιφανειακή και βάθους) καθώς και η εφαρμοζόμενη δύναμη αποτελούν τρία κύρια στοιχεία για να προσδιοριστεί η σκληρότητα του εξεταζόμενου σώματος. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για να μετρηθεί η σκληρότητα ενός υλικού με διαφορετικό υλικό διεισδυτή, κλίμακα επιβαλλόμενων φορτίων και μετρούμενα μεγέθη. Στον παρακάτω πίνακα συνοψίζονται τα χαρακτηριστικά των κυριότερων μεθόδων μέτρησης της σκληρότητας Brinell, Vickers, Rockwell C και Rockwell B. Πίνακας 4.1: Τα χαρακτηριστικά των κυριότερων μεθόδων μέτρησης της σκληρότητας Mέθοδος/τυποποίηση Brinell (HB): ASTM E10, ISO 6506 Vickers (HV): ASTM E384 micro and macro ranges, ISO 6507 micro and macro ranges Knoop: ASTM E384, ISO 4545 Rockwell (HR): ASTM E18, ISO 6508 Διυσδυτής/μέσο αποτύπωσης Ατσάλινη σφαίρα ή σφαίρα από καρβίδιο βολφραμίου Διαμαντένια πυραμίδα Διαμαντένια πυραμίδα HR C: Διαμαντένιος κώνος HR B: ατσάλινη σφαίρα διαμέτρου 1/16 6

ΑΣΚΗΣΗ 4-2016 2.7 Οι μέθοδοι Rockwell (ΗR) (τμήμα του κεφαλαίου με την ευγενική άδεια από την αναφορά [2]) Στις μεθόδους Rockwell ο προσδιορισμός της σκληρότητας στηρίζεται στη μέτρηση του βάθους διείσδυσης του διεισδυτή. Ένα πλεονέκτημα της μεθόδου Rockwell είναι το ότι φέρει βαθμονομημένη κλίμακα ανάγνωσης που δίνει απευθείας τη μέτρηση του βάθους του αποτυπώματος σε μονάδες σκληρότητας Rockwell. Το γεγονός αυτό καθιστά τη μέθοδο αυτή απλή και γρήγορη. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι Rockwell, που χρησιμοποιούν διαφορετική γεωμετρία διεισδυτή και τιμή επιβαλλόμενου φορτίου. Οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες είναι οι μέθοδοι Rockwell B με σφαιρικό διεισδυτή από σκληρυμένο χάλυβα σταθερής διαμέτρου 1/16 (1,588 mm) και χρησιμοποιείται για μετρήσεις μικρών τιμών σκληρότητας και η Rockwell C με κωνικό διεισδυτή με γωνία κορυφής 120 και σφαιρικό άκρο διαμέτρου 0,2 mm, για μετρήσεις σκληρότητας σκληρών υλικών. Ως σκληρότητα κατά Rockwell (HR) ορίζεται το βάθος διείσδυσης z του διεισδυτή, μετρημένο με μονάδα μέτρησης τα μm, δηλ. η σκληρότητα κατά Rockwell είναι μήκος (εικόνα 4.7). Το φορτίο επιβάλλεται σε δύο στάδια: 1. Στο πρώτο στάδιο (προφόρτιση) επιβάλλεται φορτίο F 0 = 10kgf (98N), οπότε δημιουργείται κοιλότητα με Δ o που έχει σκοπό την ισοπέδωση τυχόν τοπικών ανωμαλιών. 2. Στο δεύτερο στάδιο (φόρτιση) επιβάλλεται πρόσθετο φορτίο F 1, το οποίο εφαρμόζεται για 20 30 s, με τελική διείσδυση Δ. Ανάλογα με την μέθοδο, το αντίστοιχο συνολικό φορτίο F είναι 100 kgf (981N) στην Rockwell B και 150 kgf (1471N) στη Rockwell C. Στη συνέχεια απομακρύνεται και επανέρχεται στη δύναμη προφόρτισης F 0. Ο διεισδυτής οπισθοχωρεί και διατηρείται μια παραμένουσα διείσδυση Δ π, όπου Δ ο < Δ π < Δ. Η σκληρότητα υπολογίζεται από τις παρακάτω σχέσεις: HRB = 130 Δ Π Δ ο 0,002 HRC = 100 Δ Π Δ ο 0,002 (1) (2) και διαβάζεται απευθείας στη βαθμονομημένη κλίμακα του οργάνου. Για την ονοματολογία της μεθόδου Rockwell χρησιμοποιούνται οι χαρακτήρες HR. Για παράδειγμα 45HRC σημαίνει ότι το υλικό έχει σκληρότητα 45 κατά την κλίμακα C. Για να μην επηρεάζεται η μέτρηση από την αντίσταση του υποστηρίγματος του δοκιμίου, πρέπει το πάχος του δοκιμίου να είναι 10 φορές μεγαλύτερο από το βάθος του αποτυπώματος στη Rockwell C και 15 φορές από το βάθος του αποτυπώματος στη Rockwell Β. (Οι προδιαγραφές δίνουν το ελάχιστο επιτρεπτό πάχος των δοκιμίων, ανάλογα με τη μέθοδο μέτρησης και την τιμή σκληρότητας). 7

Εικόνα 4.7: Σχηματική παράσταση της κεφαλής Rockwell του σκληρόμετρου και του ποτυπώματος. 3 Πειραματική διάταξη 3.1 Όργανα συσκευές 1) Φούρνος Naber (max. 1100 C) 2) συσκευή Jominy 3) Σκληρόμετρο για τη μέθοδο Rockwell C (Swiss Rock), εικόνες 4.10 και 4.11 4) κυλινδρικά δοκίμια από δύο διαφορετικούς χάλυβες 3.2 Πειραματική διαδικασία Κάθε εργαστηριακή ομάδα πραγματοποιεί δοκιμές Jominy με δύο διαφορετικούς χάλυβες και κατασκευάζει μετά από σκληρομέτρηση τα αντίστοιχα διαγράμματα. Το δοκίμιο αποτελείται από κυλινδρική ράβδο με διάμετρο 25 mm και μήκος 100 mm (εικόνα 4.3).Το ένα δοκίμιο είναι κοινός χάλυβας με 0,45 wt% C (Ck45), το άλλο δοκίμιο είναι χάλυβας με 0,65 wt% Cr και 1,15 wt% C (πίνακας 4.2). Πίνακας 4.2: Η χημική σύσταση των δοκιμίων C /wt% Si / wt% Mn / wt% P / wt% S / wt% Cr / wt% V / wt% χημική σύνθεση Ck45 0,42-0,45 1 0,17-0,37 1 0,5-0,8 1 <0,03 <0,03 - - 0,45 0,27 0,65 - - 115CrV3 1,1-1,25 1 0,15-0,3 1 0,2-0,4 1 <0,03 <0,03 0,5-0,8 1 0,07-0,12 1 1,15 0,23 0,3 0,65 0,1 1 ελάχιστο και μέγιστο όριο Η ονοματολογία των χαλύβων γίνεται σύμφωνα με διάφορα συστήματα τυποποίησης, όπως είναι το γερμανικό DIN, το αμερικάνικο AISI-SAE, το γαλλικό AFNOR και το αγγλικό BS. Παρακάτω, θα αναπτυχθεί η ονοματολογία των χαλύβων στα πιο συνήθη συστήματα, που είναι το γερμανικό DIN και το αμερικάνικο AISI-SAE. 8

ΑΣΚΗΣΗ 4-2016 Χάλυβας τύπου Ck45 (DIN), Germany ή 1045 (AISI), USA: Κοινός ή ανθρακούχος χάλυβας. Περιέχει έως 1,0 wt% Mn και ελάχιστα ποσοστά προσμείξεων θείου (S) και φωσφόρου (P) έως 0,05 wt%. Πρόκειται για μαλακούς χάλυβες (για μικρή περιεκτικότητα C), οι οποίοι παρουσιάζουν αυξημένη συγκολλησιμότητα. Χάλυβας τύπου 115CrV3 (DIN), Germany ή ASTM L2, USA Κραματωμένος χάλυβας. Περιέχει προσμείξεις έως 2 wt%. Είναι χάλυβας με μικρά, σχετικά ποσοστά κραματικών στοιχείων (συνήθως Mn, Cr) και χρησιμοποιούνται σε πλήθος κατασκευών, όπως π.χ. λέβητες, μεταλλικοί σκελετοί, αλλά και σε στοιχεία μηχανών, όπως π.χ. άξονες, διωστήρες, βαλβίδες και ελατήρια. Εικόνα 4.8: Διάγραμμα μετασχηματισμού του κράματος Ck45 (Austenization temperature 840 C for 15 min, numbers in boxes Vicker hardness 9

Εικόνα 4.9: Διάγραμμα μετασχηματισμού του κράματος 115CrV5, (Austenization temperature 840 C for 15 min, numbers in boxes Vicker hardness), from http://www.ozct.com.tr/en/pdf/1.2210%20115crv3.pdf Επειδή η θερμική προϊστορία και η αρχική δομή του δοκιμίου έχει ισχυρή επίδραση στην εμβαπτότητα, το δοκίμιο πρέπει να υποστεί ομαλοποίηση πριν ελεγχθεί. Γι αυτό τα δοκίμια θερμαίνονται στη θερμοκρασία Τ = 850 επί 30 λεπτά για την πλήρη ωστενιτοποίηση του χάλυβα. Τα δοκίμια θα πρέπει να είναι καθαρά και να μην ακουμπούν μεταξύ τους κατά τη διάρκεια της παραμονής στο φούρνο. Μετά τα 30 λεπτά, τα δοκίμια τοποθετούνται με την βοήθεια τσιμπίδας στη συσκευή Jominy (εικόνα 4.4) στη θέση που φαίνεται στην εικόνα. Δεν πρέπει να μεσολαβήσουν περισσότερα από 5 δευτερόλεπτα από τη στιγμή που βγαίνουν από το φούρνο ως τη στιγμή που θα αρχίσει η βαφή. Αμέσως μετά από το σωλήνα στο κάτω άκρο του δοκιμίου εκτοξεύεται νερό θερμοκρασίας περιβάλλοντος (24 C) στην κάτω επιφάνεια για χρόνο 10 λεπτών.με την εκτόξευση νερού (μέσο βαφής) στο κάτω άκρο του δοκιμίου εξασφαλίζεται ότι η ταχύτητα ψύξης ελαττώνεται σταδιακά από τη βάση έως την κορυφή. Στη συνέχεια, το κυλινδρικό δοκίμιο υφίσταται λείανση σε δύο παράλληλες επιφάνειες κατά μήκος του άξονά του και οι μετρήσεις σκληρότητας πραγματοποιούνται σε αυτές ακριβώς τις επιφάνειες σε διαστήματα αρχικά ανά 3 mm και μετά τα 15 mm ανά 5mm (εικόνα 4.4). Για δουλειές ρουτίνας χρησιμοποιείται το σκληρόμετρο που φαίνεται στην εικόνα 4.10 και 4.11. Οι μετρήσεις καταγράφονται σε πίνακα και από τα στοιχεία του κατασκευάζεται το διάγραμμα μεταβολής της σκληρότητας συναρτήσει της απόστασης από το κάτω άκρο (από ύψος 0 έως 6 mm) π.χ. (εικόνα 4.4 β). Το διάγραμμα αυτό ονομάζεται «καμπύλη εμβαπτότητας κατά Jominy». Βάθος βαφής 10

ΑΣΚΗΣΗ 4-2016 «β» κατά δοκιμή Jominy ονομάζεται η απόσταση από τη βάση του δοκιμίου όπου έχουμε 50 % μαρτενσίτη. Το σημείο αυτό αντιστοιχεί περίπου στο σημείο καμπής της καμπύλης. Εικόνα 4.10: Σκληρόμετρο Εικόνα 4.11: Σκληρόμετρο για τη μέθοδο Rockwell C 4 Εργαστηριακή Αναφορά Κάθε ομάδα φοιτητών παραδίδει μια αναφορά, ακολουθώντας. τις γενικές οδηγίες που έχουν δοθεί στο κεφάλαιο 2.3 Παρουσίαση Έκθεσης Εργαστηριακής Άσκησης (Εισαγωγή). Η τελική μορφή των κειμένων που θα δημοσιευθούν θα πρέπει να ακολουθεί πιστά τις οδηγίες συγγραφής που δίνονται στο παράδειγμα (template στο eclass). Κάθε έκθεση ελέγχεται για λογοκλοπή με το πρόγραμμα EPHORUS. Σε περίπτωση άνω του 30% λογοκλοπής, η έκθεση θα κριθεί με 0/10. Στο κομμάτι της θεωρίας απαντήστε στις παρακάτω ερωτήσεις: 1) Εξηγείστε τους όρους: εμβαπτότητα, σκληρότητα, ελαστική παραμόρφωση, πλαστική παραμόρφωση στη μεταλλουργία. 2) Περιγράψτε το μηχανισμό του μαρτενσικού μετασχηματισμού, εξηγείστε το ρόλο του άνθρακα σε αυτόν και περιγράψετε τα κρυσταλλικά πλέγματα του α-fe (φερρίτης), γ-fe (ωστενίτης) και μαρτενσίτη. 3) Τι είναι ένα διάγραμμα CCT; Τι δείχνει ένα διάγραμμα CCT; 4) Τι είναι ένα διάγραμμα ΤΤT; Τι πληροφορίες δίνει ένα διάγραμμα ΤΤT; 11

Στο κομμάτι της Πειραματικής διαδικασίας απαντήστε των παρακάτω ερώτηση: Ποια είναι η συνολική σειρά εργασίας που πρέπει να υποστεί ένα μεταλλικό δείγμα για την βαφή και μελέτη της σκληρότητας; Στο κομμάτι των αποτελεσμάτων πρέπει να : 1) Καταγράψετε τις μετρήσεις σκληρότητας - απόστασης σε πίνακες. 2) Κατασκευάστε τα διαγράμματα εμβατότητας και για τους δύο χάλυβες και να υπολογίστε το βάθος βαφής. 3) Παραθέστε 5 παράγοντες οι οποίοι οδηγούν σε διασπορά των μετρούμενων τιμών σκληρότητας. 5 Βιβλιογραφία [1] Α. Αντωνιάδης, Γ. Πανταζόπουλος, «Επιστήμη Υλικών -Μηχανικές Διαμορφώσεις», κεφ. 5 «θερμικές κατεργασιές χαλύβων», Technical University of Crete, Department of Production Engineering & Management, 2010 [2] W. D. Callister Επιστήμη και τεχνολογία των υλικών 5η έκδοση, Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ (2008) ΙΣΒΝ 978-960-8050-90-1. [3] Α. Ρούτουλας, Σημειώσεις «Έλεγχος ποιότητας και τεχνολογία δομησίμων υλικών», Γενικό τμήμα φυσικής χημείας και τεχνολογίας υλικών, Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ. [4] Κ. Κονοφάγος, «Μεταλλογνωσία I - Τα Μέταλλα», Αθήνα, 1973. [5] ASTM E140: 2012'Standard hardness conversion tables for metals relationship among Brinell hardness, Vickers hardness, Rockwell hardness, Superficial hardness, Knoop hardness Scleroscope hardness and Leeb hardness'. ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org. 12