Metodologije Nir-A, livenje

7/23/2019 Metodologije Nir-A, livenje

http://slidepdf.com/reader/full/metodologije-nir-a-livenje 1/17

УНИВЕРЗИТЕТ У БАЊОЈ ЛУЦИ

МАШИНСКИ ФАКУЛТЕТ

II циклус студија ОДСИЈЕК: ЗАШТИТА НА РАДУ

ЗАДАТАК

МЕТОДОЛОГИЈА НАУЧНО ИСТРАЖИВАЧКОГ РАДА

ТЕМА: МАТЕМАТИЧКО МОДЕЛИРАЊЕ УТИЦАЈА ТЕРМИЧКЕ

ОБРАДЕ НА МЕХАНИЧКЕ ОСОБИНЕ ОДЛИВКА

Израдили:

- Никола Шобат

- Мишо Бабић

- Новица Кутић

Бања Лука, 2014. година



Математичко моделирање утицаја термичке обраде на механичке особине одливка

1

Кључне ријечи: Одливак, математички модел, утицајни фактори, тврдоћа, чврстоћа,

жилавост, издужење, термичка обрада.

УВОД

Лијевање је једна од основних технологија обликовања предмета од метала којом се

растопљени метал обликује улијевањем у калупе. Метал узима облик и димензије калупне

шупљине и задржава га након очвршћавања.

Обликовање се врши у течном стању, гдје се као и код свих течности троши

најмање енергије за промјену облика, поготово што се као уливна сила најчешће користи

гравитација.

Ливење је веома погодан поступак израде машинских дијелова чији је облик

компликован са унутрашњим контурама и неправилним каналима.

Ливарска технологија се од самог почетка, отприлике прије шест хиљада година,

кретала од квалитета облика, високе продуктивности до већ данас врло софистицираног вођења производње, тако да произведени одливци имају квалитетан облик, димензије и

својства, те врло флексибилне рокове испоруке.

Након лијевања растопљеног метала усљед неравномјерног хлађења и очвршћавања у одливку се јављају унутрашња напрезања која могу бити веома опасна по одливак. Због

отклањања ових напона вршимо термичку обраду загријавањем на одређену температуру.

Поред отклањања напона термичку обраду вршимо да бисмо добили ситнозрнасту структуру која гарантује боље механичке особине и лакшу обрадивост, повећава

површинске тврдоће и отпорност на хабање.

У Јелшинград Ливар Ливница челика а.д. Бања Лука покренуто је и обављено

истраживање оптималних режима термичке обраде да би смо добили одређене механичке

особине одливака.

Термичка обрада одливка значи да се комади грију, држе на одређеној температури и затим хладе а за то су примјери:

жарење – приближавање стању равнотеже; каљење – састоји се од аустенизације, а затим се брзим охлађивањем скоросав аустенит претвори у мартензит;

попуштање - метал се грије испод аустенизације и држи се неко вријеме на

тој температури и затим споро хлади;

побољшање – састоји се од каљења и попуштања на повишеним

температурама;

нормализација - састоји се од аустенизације и хлађења на ваздуху.

http://hr.wikipedia.org/wiki/%C5%BDarenje


http://hr.wikipedia.org/wiki/Kaljenje


http://hr.wikipedia.org/wiki/Popu%C5%A1tanje








2

МОДЕЛИРАЊЕ ПРОЦЕСА ТЕРМИЧКЕ ОБРАДЕ

Изабран је модел у коме се излазни параметри процеса термичке обраде

математички описују као функција од улазних параметара.

На слици 1 дат је општи приказ експеримента при истраживању процеса термичке обраде.

1 Z

2 Z

n Z

1 X

1Y

2 X

2Y

n X

nY

Слика 1. Општи модел експеримента при истраживању процеса термичке обраде

На бази овог модела и резултата формирани су нови модели у сљедећим циклусима,

све до математичке идентификације на систему који се проучава, у конкретном случају

процеса термичке обраде одливка.

Оваква методологија, између осталог, омогућава:

- Математичко моделирање појава, сложених процеса и система;

- Проучавање природе појава и њихове међузависности;

- Оптимизацију и оптимално управљање процесима.

Досадашња сазнања, литература, искуство и поједина прелиминарна испитивања,

указују да на квалитет одливка, његову тврдоћу, структуру и карактеристике највише

утицаја имају:

хемијски састав материјала,

геометрија одливка,

брзину и вријеме лијевања, температура растопљеног материјала,

термичка обрада.

ТЕХНОЛОШКИ ПРОЦЕС ТЕРМИЧКЕ

ОБРАДЕ




3

На слици 2. шематски је приказан утицај режима термичке обраде на механичке

карактеристике одливка.

Улазне величине су ( X1, X2, ..., Xn), односно излазне величине (Y1, Y2, ..., Yn).

Излазни параметри (Y1, Y2, ..., Yn) који су праћени при извођењу експеримента су: затезна чврстоћа, напон течења, издужење, жилавост, тврдоћа.

1 X Термичка обрада

жарење

ПОСТУПАК

ТЕРМИЧКЕ ОБРАДЕ

1Y Затезна чврстоћа


каљење+напуштање 2

Y Напон течења


напуштање 3

Y Издужење

4Y Жилавост 4

Y Тврдоћа

n X

nY

Слика 2. Утицај режима термичке обраде на механичке карактеристике одливка

У ту сврху дефинисан је програм експерименталних истраживања којим је обухваћено извођење експеримента у циљу утврђивања зависности параметара термичке

обраде (брзина загријавања до одређене температуре, вријеме задржавања на одређеној температури и брзина, односно начин хлађења загријаног одливка) на механичке особине одливка (затезна чврстоћа, напон течења, издужење, жилавост, тврдоћа).

Ове захтијеве из програма извођења експеримента могуће је испунити уколико се

обезбиједе исти услови испитивања.

Услови су:

Опрема за извођење термичке обраде одливака;

Узорци за анализе, основни материјал одливака;

Опрема за испитивање и мјерење резултата експеримента.




4

ПЛАН МАТРИЦА ЕКСПЕРИМЕНТА

Термичке обраде које утичу на механичке особине одливака, његову затезну чврстоћу, напон течења, издужење, жилавост и тврдоћу одливка дати су у табели 1.

Табела 1. План матрица извођења експеримента

Механичке особине

Термичка обрада

δ ρ HB

278 N/mm 413 N/mm 8 % 6 J 0

Жарење 280 N/mm 420 N/mm 8 % 6 J 0

285 N/mm 429 N/mm 8 % 6 J 0

859 N/mm 963 N/mm 17 % 50 J 270

Напуштање 850 N/mm 937 N/mm 16 % 48 J 264

848 N/mm 933 N/mm 16 % 46 J 235

1258 N/mm 1811 N/mm 2 % 5 J 418

Побољшање 1200 N/mm 1800 N/mm 2 % 5 J 4201236 N/mm 1810 N/mm 2 % 5 J 420

Квалитет челика за који су вршена испитивања је G18NiMoCr3.6 сљедећег хемијског

састава:

C Si Mn P S Cr Ni Mo

0.17-0.22 0.60 0.80-1.20 0.020 0.015 0.40-0.90 0.60-1.10 0.40-0.70

Овакав квалитет челика је дефинисан стандардом SEW.520.




5

Слика 3. Fe- Fe3C дијаграм

Затезна чврстоћа материјала је максималан напон којим се материјал може

оптеретити затезањем, а да притом не дође до лома.

http://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9C%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%98%D0%B0%D0%BB&action=edit&redlink=1


http://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%97%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B0%D1%9A%D0%B5&action=edit&redlink=1

http://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%97%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B0%D1%9A%D0%B5&action=edit&redlink=1





6

Еластичност материјала је способност материјала да се под дејством оптерећења

деформише (промијени облик), а по престанку дејства оптерећења да се врати у првобитностање и облик.

Слика 4. Изглед епрувете

L=lo+Δl

L- дужина епрувете , измерена после кидања

lo- почетна дужина епрувете

Δl –издужење епрувете

Слика 5. Dijagram napona – deformacija




7

Тврдоћа је особина која показује колико је материјал отпоран на продирање другог

тврђег тијела у његову површину. Ова особина је важна за машинске дијелове који су у

сталном покретном контакту са другим дијеловима. Постоји већи број метода испитивања тврдоће, али су доминатне три методе. Ми смо користили методу Brinell.

Тврдоћа по Brinellu (ознака: HB) исказује се као напрезање на површини удубљења:

HB = F / A = F / (π D h)

гдје је: h – дубина удубљења кугличне калоте (mm), D – пречник закаљене челичне

куглице (mm), F – сила утискивања (N). Дубину удубљења h тешко је мјерити.

Једноставније и знатно се тачније мјери пречник калоте удубљења d , па се тврдоћа по

Бринелу добија из израза:

Слика 6. Приказ испитивања тврдоће по Brinellu.




8

Жилавост (ударна жилавост) је особина која показује колика је отпорност

материјала на ударац. Ова особина је важна за дијелове који су оптерећени на

промjенљива и ударна оптерећења. Испитивање се обавља помоћу Шарпијевог клатна.

При томе се испитује епрувета са зарезом. Количина механичке енергије која је утрошена за разарање ударом је мjера ударне жилавости.

Слика 7. Шарпијево клатно

Слика 8. Изглед поломљене и цијеле епрувете




9

ДИСКУСИЈА

Жарење

Жарење је топлотна обрада којом се добијају "мекше" структуре челика, а састојисе у загријавању на температуру за око 40ºC изнад линије А3 или А1 и хлађењу у пећи до

собне температуре. Подеутектоидни и еутектоидни челик загријавају се у γ-подручју

(аустенит), а након хлађења добиjа се микроструктура састављена од грубо ламеларног

перлита и ферита. Надеутектоидни челик загријава се у двофазном γ (аустенит) + Fе 3Cподручју (цементит), а након хлађења микроструктура се састоји од груболамеларног

перлита и цементита.

Челици се жаре да им се смањи тврдоћа, побољша резивост (обрадивост), побољшамогућност обликовања у хладном стању, да добију одређену микроструктуру или

механичка својства, да се припреме за каљење, да им се смање или уклоне унутрашња

напрезања итд.

Врсте жарења су:

дифузионо жарење;

потпуно жарење (или само жарење);

сфероидизацијско жарење;

жарење ради смањења унутрашњих напрезања рекристализацијско жарење

нормализација

Каљење

Каљење челика је топлотна обрада којом се постиже отврднуће челика. Оно се

састоји од аустенизације (загријавање у γ-подручје или аустенит) и хлађења таквом

брзином да се знатан дио (најбоље цијели дио) аустенита претвори у мартензит.

Температура каљења (аустенизације) искуствено се израчунава примјеном вриједноститемпературе Аc3 (за подеутектоидне) и температуре Аc1 (за надеутектоидне челике):

Каљење може бити у сланој води, уљу или ваздуху.

http://hr.wikipedia.org/wiki/Hla%C4%91enje


http://hr.wikipedia.org/wiki/Pe%C4%87


http://hr.wikipedia.org/wiki/Austenit


http://hr.wikipedia.org/wiki/Mikrostruktura


http://hr.wikipedia.org/wiki/Perlit


http://hr.wikipedia.org/wiki/Ferit

http://hr.wikipedia.org/wiki/Cementit

http://hr.wikipedia.org/wiki/Tvrdo%C4%87a


http://hr.wikipedia.org/wiki/Martenzit


http://hr.wikipedia.org/wiki/Soli


http://hr.wikipedia.org/wiki/Mineralna_ulja







http://hr.wikipedia.org/wiki/Cementit

http://hr.wikipedia.org/wiki/Ferit









10

Попуштање

Попуштање је топлотна обрада гдје се метал грије и држи неко вријеме на довољновисокој температури и затим споро хлади. Сврха попуштања је смањење тврдоће и

крхкости, промјена микроструктуре, омекшавање метала како би се лакше деформисао

материјал или одвајала струготина, рекристализација на хладно обрађеног материјала иотпуштање заосталих напрезања.

Врсте попуштања су:

потпуно попуштање: гријање материјала на бази жељеза до подручја аустенита, те

споро хлађење (у пећи) ради формирања крупнозрног перлита; нормализација: као и потпуно попуштање, уз нешто брже хлађење (на ваздуху) ради

формирања ситнозрног аустенита (већа чврстоћа и тврдоћа);

процесно попуштање: попуштање ради омогућавања додатне деформације;

попуштање: као и процесно попуштање, без додатног деформисања; опоравно попуштање: задржавање главнине тврдоћа уз повећање жилавости;

попуштање за уклањање напрезања: уклањање заосталих напрезања.

Побољшање

Побољшање је сложена топлотна обрада која се састоји од каљења и попуштања на

повишеним температурама.

Нормализација

Нормализација је топлотна обрада која се састоји од аустенизације и хлађења наваздуху. Трајање држања на температури нормализације је врло кратко, тек толико да се

постигне тзв. хомогени аустенит (5 до 10 минута). За квалитетну нормализацију треба

челичне дијелове једнолично загријати по читавом обиму, те их такође једноличноохладити на ваздуху, да би се челични дио по цијелом обиму једнако охладио до

температуре знатно испод температуре А1 (А р1). Нормализација такође значи да челик има

нормалну, тј. перлитну микроструктуру (удио перлита зависи о хемијском саставу челика).

http://hr.wikipedia.org/wiki/Metal





http://hr.wikipedia.org/wiki/%C4%8Cvrsto%C4%87a




http://hr.wikipedia.org/wiki/Obujam




http://hr.wikipedia.org/wiki/Obujam









11

ЗАКЉУЧАК

На основу резултата који се налазе у табели 1 можемо закључити да за исти квалитет

материјала, исту позицију и исту масу одливка можемо добити различите механичкеособине и структуру материјала, ако га различито термички обрадимо.

Што се тиче жарења нећемо добити високе вриједности за било коју механичку

особину, али ћемо материјал припремити за сљедећу термичку обраду, побољшаћемо му

обрадивост и уклонити унутрашња напрезања.

Напуштањем ћемо добити добре механичке особине; добићемо добре чврстоће,

издужење и жилавост материјала али нешто нижу тврдоћу.

Ако хоћемо да добијемо веће чврстоће и тврдоћу материјала који ће бити отпоран

на хабање, материјал ћемо морати третирати термичком обрадом побољшање, која сесастоји из каљења и напуштања. У овом случају ћемо добити ниске вриједности за

издужење и жилавост.

Закључујемо да је тармичка обрада јако комплексна наука, али да даје велике

могућности технолозима термичке обраде и ливницама да задовоље захтијеве купаца.

Наравно поред струке и искуства при термичкој обради, не треба заборавити

чињеницу да се троше велике количине електричне енергије, па не смијемо заборавити

економски и еколошки фактор, који на крају утиче на цијену полупроизвода и производа.




12

ПРИЛОЗИ

Слика 9. Процес жарења




13

Слика 10. Процес каљења




14

Слика 11. Процес напуштања




15

ЛИТЕРАТУРА

Термичка Обрада, Седлар Никола; Машински факултет Сарајево 1974.

Материјали у Машинству, Универзитетска књига; Бања Лука.

ТОПЛИНСКА ОБРАДА МЕТАЛА, Антун Чевра.

ПРАКТИКУМ ИЗ МЕТАЛОГРАФИЈЕ, Београд 1971 год.

http://www.blmasinac.com

http://www.unze.ba

http://www.rgf.bg.ac.rs

http://sr.wikipedia.org

http://mapyourinfo.com

http://www.blmasinac.com

www.polj.unc.ac.rs

http://www.blmasinac.com/


http://www.unze.ba/

http://www.unze.ba/

http://www.rgf.bg.ac.rs/


http://sr.wikipedia.org/


http://mapyourinfo.com/




http://www.polj.unc.ac.rs/







http://www.unze.ba/





16

САДРЖАЈ:

УВОД .............................................................................................................................................. 1

МОДЕЛИРАЊЕ ПРОЦЕСА ТЕРМИЧКЕ ОБРАДЕ .................................................................. 2

ПЛАН МАТРИЦА ЕКСПЕРИМЕНТА ........................................................................................ 4

Затезна чврстоћа .................................................................................................................................... 5

Еластичност материјала ....................................................................................................................... 6

Тврдоћа .................................................................................................................................................... 7

Жилавост (ударна жилавост) .............................................................................................................. 8

ДИСКУСИЈА ................................................................................................................................. 9

Жарење ..................................................................................................................................................... 9

Каљење ..................................................................................................................................................... 9

Попуштање ............................................................................................................................................10

Побољшање ..........................................................................................................................................10

Нормализација ......................................................................................................................................10

ЗАКЉУЧАК .................................................................................................................................11

ПРИЛОЗИ .................................................................................................................................... 112

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................................155

Documents

Metodologije Nir-A, livenje