Metallenes mikrostruktur og egenskaper: Øving 5 - Stål IV

Oppgave 1

Oppgave 1a - Herding

  • Settherdingsstål
  • Seigherdingsstål
  • Verktøystål
  • Hurtigstål
  • Fjærstål

Akslinger skal produseres ved herding av følgende to kvaliteter av medium karbonstål:

A: Fe - 0,4 % C

B: Fe - 0,4 % C – 0,6 % Mn

Hvilket fellesnavn vil du bruke på de to stålkvalitetene?

***INFO***

På de neste deloppgavene (b-e) skal ulike beregninger gjøres på aksling B fra oppgave a. I hver av oppgavene blir informasjonen repetert, før selve spørsmålet følger. På en eksamen er dette en typisk oppgave, men da vil du selvfølgelig måtte komme deg gjennom alle stegene selv, og ikke steg for steg som i denne oppgaven. Målet er å gjøre vurderinger på herdbarheten til stålet, og kunne si noe om martensittmengden i midten av en herdet sylinder.

Øverst på de neste oppgavene vil figurene og grafene som trengs til beregningene ligge under "læringsinnhold", men det kan lønne seg å printe dem ut i PDF-versjon (se Itslearning).

Oppgave 1b - Herding

B: Fe - 0,4 % C – 0,6 % Mn

Av legering B skal en lage 10 mm tykke akslinger som skal bråkjøles i kraftig omrørt saltvann etter herdingen. Ved herdetemperaturen får akslingene en austenittkornstørrelse på ASTM 8.

Bruk figurene i "læringsinnhold" til å svare på spørsmålene.  Gjør beregningene ved hjelp av Grossmann-metoden. Merk at utgangsverdiene i oppgaven er valgt bevisst, slik at svarene burde være entydig hvis metoden er forstått.

Den ideelle kritiske diameteren er et mål for herdbarheten, og er sylinderdiameteren som gir hvor mange prosent (%) martensitt i midten av sylinderen?

Svar:

Oppgave 1c - Herding

B: Fe - 0,4 % C – 0,6 % Mn

Av legering B skal en lage 10 mm tykke akslinger som skal bråkjøles i kraftig omrørt saltvann etter herdingen. Ved herdetemperaturen får akslingene en austenittkornstørrelse på ASTM 8.

Bruk figurene i "læringsinnhold" til å svare på spørsmålene.  Gjør beregningene ved hjelp av Grossmann-metoden. Merk at utgangsverdiene i oppgaven er valgt bevisst, slik at svarene burde være entydig hvis metoden er forstått.

Beregn den ideelle kritiske diameteren for stål B (oppgis i mm, med én desimal bak komma, f. eks. 12,5 hvis du mener 12,5 mm).

Svar: mm

Oppgave 1d - Herding

B: Fe - 0,4 % C – 0,6 % Mn

Av legering B skal en lage 10 mm tykke akslinger som skal bråkjøles i kraftig omrørt saltvann etter herdingen. Ved herdetemperaturen får akslingene en austenittkornstørrelse på ASTM 8.

Bruk figurene i "læringsinnhold" til å svare på spørsmålene.  Gjør beregningene ved hjelp av Grossmann-metoden. Merk at utgangsverdiene i oppgaven er valgt bevisst, slik at svarene burde være entydig hvis metoden er forstått.

Hva er den faktisk kritiske diameteren (oppgis som nærmeste hele mm, uten desimaler, da denne kan være litt vanskeligere, men fortsatt entydig, å finne)?

Svar: mm

Oppgave 1e - Herding

B: Fe - 0,4 % C – 0,6 % Mn

Av legering B skal en lage 10 mm tykke akslinger som skal bråkjøles i kraftig omrørt saltvann etter herdingen. Ved herdetemperaturen får akslingene en austenittkornstørrelse på ASTM 8.

Bruk figurene i "læringsinnhold" til å svare på spørsmålene.  Gjør beregningene ved hjelp av Grossmann-metoden. Merk at utgangsverdiene i oppgaven er valgt bevisst, slik at svarene burde være entydig hvis metoden er forstått.

Vil akslingen ha oppnådd mer eller mindre enn 50 % martensitt i midten (overslag av verdi gjøres i neste oppgave)?

Svar:  

Oppgave 1f - Herding

Dette er en direkte fortsettelse på de foregående oppgavene. Hvis du ikke klarte de kan du få et tips ved å svare blankt første gang, da vil den av de verdiene som trengs bli oppgitt.

Gjør et grovt overslag og finn martensittmengden i midten etter endt bråkjøling. I overslaget kan du anta at martensittmengden i midten varierer lineært med boltdiameteren. Oppgi svaret i %, med et desimal bak komma, f. eks 40,5.

Svar: %

Oppgave 1g - Anløpningsgraf

Det er vanlig å anløpe martensitt i 1 time. Figuren under viser hvordan hardheten til martensitt synker som funksjon av anløpningstemperaturen (1 time) for hver av de to legeringene. Match hvilken av grafene som tilhører hvilken legering.

  • 1
    Legering B: Fe - 0,4 % C - 0,6 % Mn
  • 2
    Legering A: Fe - 0,4 % C

Oppgave 1h - Anløpningstid

  • Ca. 8 minutter
  • Ca. 15 minutter
  • Ca. 23 minutter
  • Ca. 32 minutter
  • Ca. 45 minutter

Selv om det er vanlig å anløpe martensitten i 1 time kan man gløde i kortere tid, men må da gå opp i temperatur for å oppnå same reduksjon i hardhet. Hollomann-Jaffe parameteren gir en empirisk sammenheng mellom tider og temperaturer som gir same reduksjon i hardhet.

Akslinger av både legering A og legering B får 100 % martensitt i overflaten etter herding. Akslinger av legering B anløpes i 1 time ved 400 °C. I hvor lang tid må akslinger av legering A anløpes ved 400 °C for at de skal få samme overflatehardhet som aksling B?

Hint: Her kan det lønne seg å printe ut grafen på papir  og bruke linjal (se fil på Itslearning for samlede figurer)!

Oppgave 1i - Slagpåkjenninger

  • Aksling A
  • Aksling B
  • Det har ikke noe å si siden de har samme overflatehardhet.

Legeringene A og B brukes til akslinger av samme tykkelse og anløpes som i forrige oppgave (dvs. at martensitten i overflaten får samme anløpningsgrad). Hvilken type akslinger vil du foretrekke i en anvendelse hvor det kan forekomme slagpåkjenninger?

Oppgave 2

Oppgave 2a - Anløpningsforløp

Karbon i overmettet løsning gjør martensitt hard og sprø. Ved gløding i temperaturområdet 150-700 °C omvandles martensitten til mindre sprø faser. Dette kalles anløpning.

Match hva som skjer med stålet under anløpning ved de ulike temperaturene.

 

  • Under 200 °C
    dannes ε-karbider
  • Mellom 200 og 400 °C
    dannes stavformede sementittpartikler
  • Over 400 °C
    sfærodiseres sementittpartiklene
  • Mellom 350 og 600 °C
    utglødes dislokasjoner
  • Over 600 °C
    dannes ekviaksede ferrittkorn

Oppgave 2b - Anløpning

  • 500 °C i 1 time
  • 400 °C i 3 timer

Hvilken av følgende anløpninger har størst effekt?

Oppgave 2c - Seighet i anløpt stål

  • 450 °C
  • 550 °C
  • 600 °C
En viss stålkvalitet anløpes ved tre temperaturer. Etter anløpning testes stålets slagseighet ved -40  °C. En av anløpningstemperaturene har ført til at stålet er sprøtt, mens de andre to er stålet seigt. Ved hvilken temperatur har det sprøe stålet blitt anløpt? 

Oppgave 2d - Herdbarhet

  • 2,0 %
  • 2,4 %
  • 2,6 %
  • 2,8 %

Et stål med 0,8 % C og 2 % Mn blir austenittisert ved 1000 °C. Vi ønsker å halvvere mengden Mn, og bytter det ut med nikkel i stedet. Hvor mye nikkel må tilsettes for at ikke stålets herdbarhet skal endres? (tallene er valgt bevisst).

For Mn-linja er det en utvidelse på høyre side i grafen, der akseverdiene på denne siden kunn gjelder Mn. For alle andre elementer gjelder venstre y-akse.