Process struktur egenskaper laboration 2, TMKM 11

Transkript

1 Process struktur egenskaper laboration 2, TMKM 11 namn personnr. datum godkänd IEI Konstruktionsmaterial HT 2012

2 Inledning Vissa materialegenskaper, som t.ex. hårdhet, beror på hur lätt dislokationer kan röra sig i materialet. Att öka ett materials hållfasthet går därför ut på att minska eller förhindra dislokationers rörelse. Syftet med den här labben är att skapa förståelse för hur olika härdningsmekanismer påverkar de mekaniska egenskaperna. Tre olika härdningsmetoder ska studeras: Martensithärdning och anlöpning av stål Utskiljningshärdning av en aluminiumlegering Deformationshärdning och glödgning av mässing 1

3 Förberedelse För att kunna genomföra labben bör du ha grundläggande kunskap inom följande ämnen Martensithärdning och anlöpning: sid och 77 Utskiljningshärdning: sid. 87 Deformationshärdning och glödgning: sid och Lösningshärdning: sid. 13 och 36 Hårdhetsprovning: sid. 38 Läs igenom labbkompendiet och besvara följande frågor Stål martensithärdning 1. Vad är martensit i stål och hur uppkommer den? 2. Vad händer vid anlöpning efter martensithärdning? 3. Innan härdning måste stålet austenitiseras. Förklara varför och föreslå en austenitiseringstemperatur utifrån fasdiagrammet. Aluminium utskiljningshärdning 4. Beskriv de olika stegen vid utskiljningshärdning. 5. Vad är toppåldring respektive överåldring? 6. Innan åldring måste aluminiumbitarna värmebehandlas. Förklara varför och använd fasdiagrammet för att föreslå enlämplig temperatur. Koppar/Mässing deformationshärdning 7. Vilka konsekvenser harplastisk deformation för de mekaniska egenskaperna (sträckgräns, brottgräns och brottförlängning)? 8. Vad händer med materialegenskaperna när ett kalldeformerat material glödgas. Följande uppgifter är obligatoriska: 1, 3, 4, 6, 7 och 8. Skriftliga svar på dessa frågor ska visas för labbassistenten vid labbens början. Om detta inte görs krävs, för att bli godkänd, att en labbrapport skrivs och lämnas in till labbassistenten inom en vecka efter labbens genomförande. 2

4 Experiment Stål Fe 0,45%C Provbiten är normaliserad från början. Mät hårdheten, HRC. hårdhet Härda till maximal hårdhet genom att austenitisera under 30 minuter och därefter snabbkyla i vattenbad. Mät hårdheten, HRC. austenitiseringstemp. hårdhet Varför är det inte lämpligt att använda stålet i det härdade tillståndet? Anlöp provbiten till lägre hårdheter genom att: Slå sönder provbiten i 4 delar. Vad kan sägas om brottytorna? Värmebehandla (anlöp) provbitarna i 30 minuter vid 4 olika temperaturer upp till 700 C, skriv ned anlöpningstemperaturerna i tabell 1. Snabbkyl i vattenbad och mät hårdheten, HRC. Skriv ned hårdhetsvärdena itabell1. anlöpningstemp. hårdhet, HRC Tabell 1: Anlöpning av martensit. 3

5 Studera provbitarna i ljusmikroskop och skissa mikrostrukturen i fig. 1. (a) normaliserat stål (b) martensit (c) anlöpt vid C Figur 1: Mikrostruktur i stål. 4

6 Aluminiumlegering Al 4,5%Cu Provbitarna som ni får är härdade. Mät hårdheten, HRB, på ursprungsmaterialet. hårdhet Upplösningsbehandla provbitarna en halvtimme. Använd fasdiagramföratt bestämma lämplig temperatur. värmebehandlingstemp. Snabbkyl i vattenbad. Mät hårdheten, HRB. hårdhet Vad är det som har hänt? Varför har hårdheten minskat? Varmåldra provbitarna några olika tider, skriv ned tiderna i tabell 2. åldringstemperatur Mät hårdheten, HRB. Skriv ned hårdhetsvärdena i tabell 2. åldringstid hårdhet, HRB åldringstid hårdhet, HRB Tabell 2: Åldring av aluminium. 5

7 Kopparlegering, Cu 39%Zn mässing Provbitarna är från början glödgade. Vad innebär glödgning? Mät hårdheten, HRB, och ursprunglig tjocklek. hårdhet ursprunglig tjocklek Kallvalsamaterialet, mäthårdheten förnågradeformationsgrader, skrivned hårdheten itabell3. Tag reda på rekristallisationstemperaturen genom att dela biten i 4 delar och värmebehandla i 30 minuter. Använd en temperatur per bit och välj temperaturer upp till 600 C, ange temperaturerna i tabell 4. Mät hårdheten, HRB, för de värmebehandlade provbitarna, ange hårdheten i tabell 4. tjocklek def.grad hårdhet, HRB Tabell 3: Kallbearbetning av mässing. temp. hårdhet, HRB Tabell 4: Glödgning av mässing. 6

8 Studera provbitarna i ljusmikroskop och skissa mikrostrukturen i fig. 2. (a) odeformerad (b) deformerad och glödgad vid C (c) deformerad och glödgad vid C Figur 2: Mikrostruktur i mässing. 7

9 Resultat och diskussion Dessa frågor ska besvaras och godkännas av labbassistenten. Stål martensithärdning 1. Plotta hårdheten som funktion av anlöpningstemperatur. 2. Vilka egenskaper har martensit? 3. Varför anlöps stål efter härdning? 8

10 Aluminium utskiljningshärdning 4. Plotta hårdheten som funktion av åldringstid. 5. När inträffar toppåldring för åldring vid denna temperatur? 6. Hur hade åldringskurvan sett ut för en lägre åldringstemperatur? 9

11 Mässing deformationshärdning 7. Plotta hårdheten som funktion av deformationsgrad. 8. Varför ökar hårdheten? 9. Vad hade till slut hänt om kallbearbetningen hade fortsatt? 10

12 10. Plotta hårdheten som funktion av värmebehandlingstemperaturen. 11. Hur kan rekristallisationstemperaturen utläsas? Ange ett temperaturintervall där rekristallisation sker. 12. Hur påverkas sträckgräns och duktilitet av rekristallisation? 11

13 Appendix 12