DAY 15:  HARDENABILITY
Hardenability
CCT Curves
HARDENABILITY
We have seen the advantage of gettingmartensite, M.  We can temper it, getting TMwith the best combination of ductility andstrength.
But the problem is this:  getting M in depth,instead of just on the surface.  We want a steelwhere Pearlite formation is relatively sluggish sowe can get it to the cooler regions where M forms.
The ability to get M in depth for low cooling ratesis called hardenability.
Plain carbon steels have poor hardenability.
FACTORS WHICH IMPROVEHARDENABILITY
1. Austenitic Grain size.  The Pearlite will havean easier time forming if there is a lot of g.b.area.  Hence, having a large austenitic grain sizeimproves hardenability.
2.  Adding alloys of various kinds.  This impedesthe   P reaction.
Fig146_1.jpg
Fig146_2.jpg
TTT diagramof amolybdenumsteel 0.4C0.2Mo
AfterAdding2.0% Mo
JOMINY TEST FOR HARDENABILITY
Hardenability not the same as hardness!
673px-Jominy_test.bmp
jom_spec-s.jpg
Jominy1.gif
THE RESULT IS PRESENTED IN A CURVE
art52-p1.gif
Note:
1.Distance fromquenched endcorresponds toa cooling rate,and a bardiameter
2.Notice thatsome steelsdrop off morethan others atlow coolingrates.  Lesshardenability!
Rank steels in order of hardenability.
ALLOYING AND HARDENABILITY
f11_14_pg393
CARBON AND HARDENABILITY
f11_15_pg394
HARDNESS AND HARDENABILITY
Predict the center hardness in a water quenched 3” bar of 8640
f11_17_pg396
Water Quenched
Oil Quenched
Jominy Distance =17mm
ALLOYING AND HARDENABILITY
f11_14_pg393
Hardness at Center of a
3 inch bar is about 42 HRC
DEPTH OF HARDENING
f11_18_pg397
CONTINUOUS COOLING TRANSFORMATION
CCT Curves – Here is the one for the0.77% Eutectoid Composition Steel
What would we get ifwe cooled at
1.150 oC/s
2.50 oC/s
3.oC/s
f10_27_pg338
ANOTHER CURVE
Here’s One for an Alloy Steel
Note:
1.DifferentMicrostructuresat differentcooling rates.
2.Differentmicrostructurespossible in samepiece
3.Comparison withprevious steel,note the effectsof alloying
f10_28_pg338
IN THE AREA OF AGE HARDENING(PRECIPITATION HARDENING) :
 State the factors necessary for age hardening tobe possible.
 Name the three steps in the age hardeningprocess, the microstructural changes associatedwith each step, and the relative mechanicalproperties which result from thosemicrostructures.
compare and contrast age hardening and quenchand tempering in terms of procedure,microstructure and properties.
 
14
0
10
20
30
40
50
wt% Cu
L
+L

+L
300
400
500
600
700
(Al)
T(°C)
composition range
needed for precipitation hardening
CuAl2
A
Adapted from Fig. 11.24, Callister 7e.  (Fig. 11.24 adapted fromJ.L. Murray, International Metals Review 30, p.5, 1985.)
PRECIPITATION HARDENING
•  Particles impede dislocations.
•  Ex:  Al-Cu system
•  Procedure:
Adapted from Fig.11.22, Callister 7e.
--Pt B: quench to room temp.
--Pt C: reheat to nucleate   small  crystals within    crystals.
  Other precipitation     systems:      •  Cu-Be      •  Cu-Sn      •  Mg-Al
Temp.
Time
--Pt A: solution heat treat   (get  solid solution)
Pt A (sol’n heat treat)
B
Pt B
C
Pt C (precipitate 
HEAT TREATING ALUMINUM
f11_21_pg402
Solution Treat
Quench
Age
f11_22_pg403
f11_22_pg403
f11_23_pg404
f11_23_pg404
18
• 2014 Al Alloy:
• TS peaks with
   precipitation time.
•  Increasing T accelerates
    process.
Adapted from Fig. 11.27 (a) and (b), Callister 7e.  (Fig. 11.27 adapted from Metals Handbook:Properties and Selection:  Nonferrous Alloys and Pure Metals, Vol. 2, 9th ed., H. Baker(Managing Ed.), American Society for Metals, 1979. p. 41.)
PRECIPITATE EFFECT ON TS, %EL
Fig 11_27a
precipitation heat treat time
tensile strength (MPa)
200
300
400
100
1min
1h
1day
1mo
1yr
204°C
non-equil.
solid solution
many small
precipitates
“aged”
    fewer large
precipitates
“overaged”
149°C
• %EL reaches minimum
   with precipitation time.
Fig 11_27b
%EL (2 in sample)
10
20
30
0
1min
1h
1day
1mo
1yr
204°C
149
°C
precipitation heat treat time
AGING AND OVERAGING
After quenching, there is thermodynamicmotivation for precipitate to form.
Precipitates initiate and grow due to diffusion,enhanced by higher temperatures.
To get significant strengthening the precipitateshould be coherent
When the precipitates get too large, they losecoherence and strengthening decreases(overaging)
f11_27_pg406
f11_27_pg406
f11_24_pg404
f11_24_pg404
f11_25_pg405
f11_25_pg405
f11_26_pg405
f11_26_pg405
f11_28_pg413
f11_28_pg413