Predložak Za Vježbu 5

SVEUILITE U SPLITU SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE

Studij konstrukcijskog strojarstva

MATERIJALI II

VJEBA br.5

GRIJANJE

Split, travanj 2015.

SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2

Studij konstrukcijskog strojarstva 2

GRIJANJE

A) ODREIVANJE PARAMETARA GRIJANJA PRIGODOM TOPLINSKE OBRADE ELIKA

Cilj ove vjebe je stei sposobnost odreivanja parametara grijanja prigodom toplinske obrade razliitih elika, a u cilju postizanja upravo eljenih svojstava izratka. To e se odraditi u koracima kroz slijedei zadatak: Za jedan konstrukcijski element (npr. osovinu) od nelegiranog ugljinog elika za poboljanje i to HRN .1531 (EN 2C45), te za jedan pneumatski alat za hladni i vrui rad od elika HRN .6444 (DIN 60 WCrV 7) treba odrediti:

1) temperaturu austenitizacije tA; 2) koje dimenzije presjeka je mogue odabrati prije grijanja izradaka na temp. tA, ako se

eli nakon kaljenja na povrini osovine od .1531 postii tvrdoa cca 320 HV, a kod alata od .6444 u jezgri tvrdoa cca 670 HV;

3) vrijeme i nain grijanja do temp. tA; 4) vrijeme dranja na temp. tA; 5) nacrtati odgovarajui dijagram pripadajue toplinske obrade za oba elika u istim

koordinatama, tj. t[C] - [min].

NAPOMENA: a) pretpostaviti da se konstrukc. element zagrijava u solnoj kupki, a da se

alat zagrijava u komornoj pei;

b) koristiti pripadajue TTT dijagrame za pojedini elik kao i ostale pripadajue dijagrame, formule i tablice u Prilogu.

A1) IZVOENJE VJEBE

1) Odreivanje temperature austenitizacije tA:

Iz tablica u priruniku (npr. B.Kraut) za .1531 nalazimo:

tA= 820 850 C za hlaenje u vodi (v),

tA= 830 860 C za hlaenje u ulju (u), a za .6444 nalazimo:

tA= 860 900 C za hlaenje u ulju (u).

2) Odreivanje dimenzija presjeka prije grijanja izradaka na temp. tA:

Iz TTT dijagrama u Prilogu 1. pronaemo ili interpoliramo krivulju hlaenja koja odgovara postavljenom zahtjevu tvrdoe:

za .1531 to je upravo krivulja s tvrdoom na povrini 318 HV, a za .6444 to je krivulja s tvrdoom u jezgri 669 HV (to je praktino 670 HV).

Presjecite krivulja hlaenja s horizontalom na temp. 500 C daje: za .1531 .. K = 5 [s], a

za .6444 .. K = 90 [s], gdje K predstavlja vrijeme hlaenja od temp. tA do temp. 500C.



Iz dijagrama na slici 12. u Prilogu 2. - POKROVNI LIST, moemo u odnosu na vrijeme hlaenja K [s] odrediti traene dimenzije izradaka:

za .1531 i K=5 [s] .. povrina (krivulja P voda) daje dimenziju D=60[mm] za osovinu, a

za .6444 i K=90 [s] . jezgra (krivulja J ulje) daje dimenziju D=85[mm] za alat.

U nastavku se prihvaaju - biraju dimenzije izradaka: promjer osovine D=60[mm], a promjer alata D=85[mm].

3) Vrijeme i nain grijanja do temp. tA:

Iz ponuenog raspona temperatura tA za promatrane elike usvajamo:

za .1531 . tA=850 [C] , za .6444 . tA=900 [C].

Ovdje moramo istaknuti da kod grijanja razlikujemo:

- Stvarnu brzinu zagrijavanja koju daje grijai agregat (npr. komorna pe, solna kupka itd.), i

- Tehnoloku brzinu zagrijavanja.

a) Stvarna brzina zagrijavanja:

Prema slici 27. u Prilogu 2. imamo krivulje brzina zagrijavanja odreenog presjeka (dimenzija D u mm) u komornoj pei sa zrakom. Iz tog dijagrama oitamo:

za .1531: D=60 [mm] i tA=850 [C] .. vrijeme iznosi 1 sat, a

za .6444: D=85 [mm] i tA=900 [C] .. vrijeme iznosi takoer 1 sat.

Ovoliko bi vremena proteklo ako se izradak stavi u pe unaprijed ugrijanu na temp. tA. Pe je tada sposobna kroz ovo vrijeme zagrijati jedan izradak. Ako istodobno elimo grijati vei broj istovrsnih izradaka (npr. serijska proizvodnja), onda i razmjetaj u pei utjee na brzinu zagrijavanja, prema slici 28. u Prilogu 2. Npr. za zbijeni raspored okruglih izradaka su

vremena zagrijavanja dvostruko dua, a za zbijeni kvadratni presjek su vremena etverostruko dua. Razmaknuti raspored izradaka u komori omoguuje oblizivanje veeg dijela oploja izradaka i trajanje zagrijavanja je krae u odnosu na zbijeni raspored.

b) Tehnoloka brzina zagrijavanja:

To je zapravo ona s kojom treba raunati s obzirom na tretirani materijal. Utjecajni faktori su: 1) Ishodna struktura i tvrdoa elika: Jednakomjernost ishodne strukture i tvrdoe po

presjeku doputa poveanje brzine zagrijavanja. Ako se naime elik nakon prethodne vrue prerade polagano ohladio te zadrao nisku i jednakomjernu tvrdou, moe se bre zagrijavati nego li elik s visokom i nejednakomjernom tvrdoom;

2) Oblik i teina izratka: Postoji velika opasnost krivljenja, ak i pucanja ako se zagrijavaju predmeti kompliciranih oblika i promjenjivih presjeka.

3) Kemijski sastav elika: to je vei % C i legirnih elemenata u eliku, to je prema slici 29. u Prilogu 4. toplinska

vodljivost loija i u toliko veu panju treba obratiti na polagano i jednakomjerno zagrijavanje!



Tako npr. za legirane elike i velike predmete uputno je poduzeti zagrijavanje u vie stupnjeva.

Takoer imamo i opasna temperaturna podruja: - u intervalu od 250 C do 600 C elik jo nema dovoljnu plastinost, koja bi izjednaila

unutranja naprezanja. Tek iznad 600 C plastinost je dovoljno visoka i opasnost pri grijanju prestaje;

- interval oko temp. Ac1: kod naglog prijelaza ove temp. moe doi do krivljenja izratka zbog fazne promjene, tj. zbog promjene volumena prigodom transformacije u austenit;

- iznad 850 C prema slici 29. u Prilogu 3., toplinska vodljivost postaje priblino jednaka za sve elike, pa se moe zagrijavati bre jer smo i dovoljno iznad opasnih temperaturnih podruja. Meutim, naglo zagrijavanje i visoke temperature utjeu na ukrupnjenje zrna, a to opet smanjuje ilavost, to kod naglog hlaenja moe izazvati pukotine.

Vaan imbenik u odreivanju naina zagrijavanja jest tzv. C ekvivalent: Ova veliina predstavlja opu orijentacionu vrijednost osjetljivosti na pukotine kod pojedinih vrsta elika. Taj kompleksni utjecaj ugljika C i drugih legirajuih elemenata izraava se slijedeom formulom:

101055

5,0

510345

AlWTiSiVNiMoCrMnCCekv

, gdje su: C, Mn, Cr u % !

Formula vrijedi uz slijedea ogranienja maksimalnog sadraja pojedinih elemenata:

Element C Mn Cr Mo Ni V Si Ti W Al

Sadraj u % 0,9 1,1 1,8 0,5 5 0,25 1,8 0,5 2 2

Ako je sadraj pojedinog elementa u % i vei od ovoga, u gornju formulu se uvrtava ova maksimalna vrijednost!

to je C ekvivalent vei, to je vea i osjetljivost na pukotine

U naem zadatku imamo za zadane elike:

Kemijski sastav u %

Materijal C Si Mn P S Cr Mo Ni V W

.1531 0,44 0,22 0,66 0,022 0,029 0,15 - - 0,02 -

.6444 0,55 0,94 0,34 0,015 0,012 1,27 0,05 0,12 0,18 2,10

Prema tome: za .1531:

0005

5,022,0

5

02,000

4

15,0

5

66,044,0

ekvC 56,0ekvC

za .6444:

010

1,20

5

5,094,0

5

18,0

10

12,0

3

05,0

4

27,1

5

34,055,0

ekvC 30,1ekvC



Tpe

Tpo

Tje

To

Th

Td

1 2 3

tA

t [C]

[min] ili [h]

Prema slici 30. u Prilogu 3. imamo:

za .1531 promatramo krivulju za Cekv0,85 prema kojoj za D=85 [mm] na pripadajuoj apscisi (za D=100 mm) oitamo vrijeme zagrijavanja alata na temp. tA koje ukupno iznosi 9

sati, uz tri predgrijavanja i to na 200C, 400C i 680C.

Jo neki utjecaji na brzinu zagrijavanja: - finozrnati elici se mogu zagrijavati bre zbog izraenijeg svojstva ilavosti; - ishodna struktura i stanje elika: npr. normalizirani ili meko areni se elik moe

zagrijavati bre nego li elik koji je ostavljen ohlaen nakon vrue prerade i zbog toga vjerojatno zadrao unutranja naprezanja;

- ilaviji elici se mogu bre zagrijavati, jer npr. hladno valjani ili zakaljeni elici ve

na 200C pucaju, ako ih u vruu pe stavljamo hladne.

4) Vrijeme dranja na temperaturi tA: Oznaimo li pojedine vremenske periode s:

Tpe = vrijeme zagrijavanja pei do temp. tA Tpo = vrijeme zagrijavanja povrine izratka do temp. tA Tje = vrijeme zagrijavanja jezgre izratka do temp. tA Tizj = vrijeme potrebno za izjednaenje povrine i jezgre na temp. tA Th = vrijeme potrebno za homogenizaciju strukture na temp. tA To = vrijeme odreeno iskustvom (okom) kao vrijeme izjednaenja temperature Td = vrijeme dranja na temp. tA, dobivamo slijedei dijagram:

Tizj



Odreivanje vremena dranja Td na temp. tA:

- Za manje promjere uzima se prema empirijskoj formuli: 2

20D

Td . u [min],

- Za velike promjere uzima se prema empirijskoj formuli: 1202

1 DTd . u [h].

Promjer D uvrtavamo u [mm].

- Razvijena je i metoda po kojoj se vrijeme dranja Td odreuje iz dijagrama na slici 33. i prema slici 34. u Prilogu 4.i to na slijedei nain:

za .1531 imamo: - koeficijent oblika: k=1 (prema slici 34. za osovinu),

- umnoak: mmkD 60160 ;

Iz dijagrama na slici 33. u Prilogu 3. oitamo za grijanje u solnoj kupki: Td=25 [min].

za .6444 imamo: - koeficijent oblika: k=1 (prema slici 34. za okrugli alat, npr. probija),

- umnoak: mmkD 85185 ;

Iz dijagrama na slici 33. u Prilogu 3. oitamo za grijanje u komornoj pei: Td=85 [min].

- Tanki komadi se bre griju, ali vrijeme homogenizacije strukture nije srazmjerno krae, nego je isto!

Zbog toga je vrijeme dranja Td ,svedeno na 1 [mm] debljine, due kod tanjih nego li kod debljih izradaka.

- Legirani elici zahtijevaju due dranje i zbog rastvaranja karbida, ali to opet ne izrazito, jer je njihova temp. tA ve dosta via!

Sve ovo u principu vrijedi i za poputanje!

5) Crtanje dijagrama (hodografa) toplinske obrade za .1531 i za .6444

Dijagrame t [C] - [h] za .1531 (elik za poboljanje) i za .6444 (alatni elik za rad u hladnom stanju) prikazati u istim koordinatama, radi lake meusobne usporedbe parametara. Pripadajuu temperaturu visokog poputanja prigodom poboljanja osovine od .1531, kao i temp. niskotemperaturnog poputanja alata od .6444, odabrati takoer iz Strojarskog prirunika B.Kraut!

Vlastita zapaanja:

Prilog 1. Pripadajui TTT dijagrami iz ATLASA; Prilog 3. Priruni odlomci iz literature; Prilog 2. POKROVNI LIST proziran (folija); Prilog 4. Priruni odlomci iz literature.



PRILOG 1



PRILOG 2 - POKROVNI LIST

Slika 12.

Slika 27. Slika 33.

Slika 28.



PRILOG 3

Slika 29.

Slika 30.



PRILOG 4

Slika33. Slika34.

Slika 36. Slika 39.

Slika 41.



PRILOG 5

Slika 32. Slika 31.

Slika 37. Slika 42.

Documents

Predložak Za Vježbu 5