Kolegij : Tehnologija 2Proizvodne tehnologije 2
Podruje: Toplinska obrada
Vjeba: Postupci toplinske obrade itavog volumena
(podloge za vjebu)
(3. izdanje)
Podloge pripremio: Prof. dr. sc. Darko Landek
e-mail: [email protected]
Podloge odobrio: Prof. dr. sc. Franjo Cajner
FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJESVEUILITE U ZAGREBU
Zavod za materijale
Ak. god. 2014./15.
Tehnologija II Vjeba 1. Postupci toplinske obrade itavog volumena
_________________________________________________________________________________________Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 2
Dijagram postupka kaljenja
Tem
pera
tura
C
J TO
ugrijavanje progrijavanje dranje ohlaivanje Vrijeme
grijanje
povrina
jezgra
jezgra
povrina
ukupno vrijeme ugrijavanja
AUSTENITIZACIJA- , t- zatitaJa a
REIMGRIJANJA GAENJE
Ja
Opi dijagram postupka kaljenja
A. Odreivanje parametara austenitizacije i izbor ureaja za ugrijavanje
A.1. Parametri austenitizacije:I. Temperatura austenitizacije a :
a) podeutektoidni elici: a = A3 + (30 ...70 C) (1)b) nadeutektoidni elici: a = A1 + (50 ...70 C) (2)Podaci iz TTT dijagrama, dijagrama stanja, prirunika, preporuka proizvoaa elika
II. Reim ugrijavanja na temperaturu austenitizacije a) Konstrukcijski elici predgrijavaju se ovisno o Cekv:
1010555,0
510345AlWTiSiVNiMoCrMnCCekv
(3)
Najvei sadraj elementa do kojeg vrijedi jednadba (3):
%C %Mn %Cr %Mo %Ni %V %Si %Ti %W %Al0,9 1,1 1,8 0,5 5 0,25 0,5 0,5 2 2
Potreban broj predgrijavanja ovisno o Cekv:
Cekv < 0,55 > 0,55Broj i temperaturapredgrijavanja
Predgrijavanjenije potrebno
Predgrijavanjena 400...500 C
b) Alatni elici obavezno se predgrijavaju prema slijedeim preporukama - I. predgrijavanje na 400 ... 500 C (sve vrste alatnih elika) - II. predgrijavanje na 860 ... 880 C (visokolegirani alatni elici sa a = 960... 1150 C imaju I. + II. predgrijavanje)- III. predgrijavanje na 1050 C (brzorezni elici imaju I. + II. + III. predgrijavanje)
III. Vrijeme austenitizacije (vrijeme grijanja)Na vrijeme austenitizacije utjeu imbenici zavisni od samog obradka, izabranih tehnolokih parametara i ureaja u kojem se provodi grijanje. Za odreivanje vremena grijanja koriste se razliite analitike i numerike metode.
A.2 Izbor i parametri zatitne atmosfere:
Vrste zatitnih medija u toplinskoj obradi:a) plinske zatitne atmosfere (inertne, aktivne)b) rastaljena solc) fluidizirane kupked) vakuum
Tehnologija II Vjeba 1. Postupci toplinske obrade itavog volumena
_________________________________________________________________________________________Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 3
Aktivne plinske zatitne atmosfere sadre (zavisno od vrste) razliite plinske komponente koje mogu reagirati s elikom i izazvati nepoeljne reakcije oksidacije i razugljienja povrine obradka.
Oksidacija ()Redukcija ()
Fe + CO2 FeO + COFe + H2O FeO + H2
Izborom odgovarajueg sastava plinske atmosfere treba sprijeiti odvijanje oksidacije elika, tj. zatitna atmosfere treba biti reducirajua
Razugljienje ()Pougljienje ()
CO2 + [C] 2COH2O + [C] CO + H2
U plinskoj atmosferi mogu se odvijati nepoeljnereakcije razugljienja povrine elika koje treba sprijeiti izborom odgovarajueg ''C-potencijala'' atmosfere.
Reakcijavodenog plina CO2 + H2 CO + H2O
Odvija se u plinskim atmosferama koje sadre CO,CO2, H2O i H2
Utjecaj volumnih udjela komponenatavodenog plina na reakcije oksidacije iredukcije povrine nelegiranog elika
Svaka aktivna plinska atmosfera ima svojkarakteristian C-potencijal (''potencijal ugljika''), tj. onaj %C koji isto eljezo primi u termodinamikoj ravnotei s ispitivanom plinskom atmosferom. Akoje C-potencijal plinske atmosfere vii od sadrajauglijka u eliku nastupit e pougljienje, a ako je nii nastaje nepoeljno razugljienje povrine elika.
Primjer odreivanja C-potencijala plinske atmosfere na osnovi mjerenja %CO2
Metode ispitivanja C-potencijala atmosfere:
a) direktne metode: ispitivanje Fe-folijom, ispitivanje mjerenjem elektrinog otpora
b) indirektne metode (temelje se na poznavanju jednadbi oksidacije, razugljienja, reakcije vodenog plina i konstanti ravnotee ovih kemijskih reakcija): odreivanje %CO2 plinskimanalizatorom, odreivanje temperature roenja plinske atmosfere (odnosno sadraja vlage u atmosferi), ispitivanja sadraja kisika ''kisikovom sondom''
Tehnologija II Vjeba 1. Postupci toplinske obrade itavog volumena
_________________________________________________________________________________________Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 4
Razugljienje i pougljienje razliitih elika u plinskoj atmosferi
Postizanje i odravanjezahtijevanog C-potencijalaatmosfere provodi se poveanjem ili smanjivanjem protoka pojedinihplinskih komponenti ovisno otemperaturi. Sve zapaljivekomponente zatitne atmosfere(CO, H2) spaljuju se na baklji prijeisputanja u okoli
A.3. Ureaji za grijanje
Pei Kupke
plamene
elektrine
komornejamskekonvejerske
solne
fluidizirane
vakuumske horizontalne (1, 2, 3-komorne)vertikalne
PLAMENE PEIa)sa zatitnom atmosferom (ili bez nje) grijane
plamenom iz plamenika (prirodni plin, loivo ulje)b) sa zatitnom atmosferom, grijane zraenjem iz cijevnih grijaa (prirodni plin, smjesa propana i zraka)
ELEKTRINE PEI
Komorna elektrina pe s aktivnom zatitnom atmosferom
a) Elektrine pei bez zatitne atmosfere: za poputanje iarenja ispod A1
b) Elektrine pei s plinskom zatitnom atmosferom (inertniplinovi, aktivne plinskeatmosfere): za austenitizaciju itoplinsko-kemijske obrade
Toplinske obrade: arenje,poputanje, kaljenje,pougljiavanje, nitriranje, nitrokarburiranje, ...
Tehnologija II Vjeba 1. Postupci toplinske obrade itavog volumena
_________________________________________________________________________________________Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 5
VAKUUMSKE PEIRadno podruje pei: - vakuum < 10-4 mbar- max
Tehnologija II Vjeba 1. Postupci toplinske obrade itavog volumena
_________________________________________________________________________________________Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 6
B.2 Faze pri gaenju u sredstvu koje podlijee Leidenfrost-ovom fenomenu (voda, ulja za kaljenje)
I. Faza parnog omotaa
nastaje na poetku gaenja kad se oko obratka stvara parniomota koji sprijeava odvoenje topline
II. Faza vrenja nastaje kad dolazi do
raskidanja parnog omotaa i postizanja najveeg odvoenja topline iz obratka
III. Faza hlaenja konvekcijom
nastaje na zavretku gaenja kad se vrijednost temperatureobratka spusti do temperaturevrelita sredstva za gaenje
Intenzitet gaenja
Krivulja hlaenja i odreivanje srednje brzine hlaenja mjerne sonde u temperaturnom intervalu od 700 do 300 C
B.3 Ureaji za gaenje
- bazeni za gaenje, solne kupke, fluidizirane kupke,- hladne komore (u dvokomornim peima) - stolovi i palete za hlaenje na zraku
Tehnologija II Vjeba 1. Postupci toplinske obrade itavog volumena
_________________________________________________________________________________________Fakultet strojarstva i brodogradnje-Zagreb Zavod za materijale 7
BAZEN ZA GAENJE Ispitivanja sposobnosti ohlaivanja
Bazen za gaenje s cirkulacijom sredstvaza gaenje (FSB-LTO & QRC) Mjerni sustav IVF SmartQuench za odreivanje krivulja hlaenja prema normi ISO 9950:1995(E)
ZadatakProvedena su ispitivanja hlaenja prema normiranoj metodi ISO 9950:1995(E) u mirnoj vodi i ulju za kaljenje sobne temperature (18 C). Iz rezultata ispitivanja u dijagramu temperatura-vrijeme odreditisrednju brzinu hlaenja vsr (izmeu 700 do 300 C) i intenzitet gaenja H mirnog ulja za kaljenje i 5%-tne vodene otopine polimera PAG.
Rjeenje
Sredstvo zagaenje:
Vrijeme hlaenja probe (s) / Temperatura u sreditu probe (oC)0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60
Mirna voda18oCMirno ulje zakaljenje5%PAG uvodi
Sredstvo za gaenje: mirna voda (18 C) mirno ulje (18 C) 5% PAG u vodi (18 0C)Srednja brzina hlaenja od 700 do 300 C (C/s)Intenzitet gaenja H (1) 1