zavod za materijale - fsb online dijagram za kontinuirano hlađenje (čelik y% ugljika) 13 911 p + k...
Post on 30-May-2018
221 Views
Preview:
TRANSCRIPT
MATERIJALI II
Prof.dr.sc. Franjo CajnerProf.dr.sc. Krešimir GrilecProf.dr.sc. Vera RedeDoc.dr.sc. Gojko MarićDoc.dr.sc. Tatjana Haramina
FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
Zavod za materijale
OSNOVNE SKUPINE MATERIJALA
PE, PP, PCPA (Nylon)
Plastomeri, duromeri,elastomeri
PolimerneMetalne
PjeneKeramičkeStaklene
Drvo
Prirodni materijali
Prirodna vlaknaKoža, kamen
KompozitiMetalni
PolimerniKeramički
Al2O3Zro2SiC
Keramika,staklo
ČeliciLijevovi
Al-legure
MetaliCu-legureNi-legureTi-legureMg legure
Proizvodnja sirovog željeza
vapnenica
CO2
KOKSARA
KOKSNI PLIN
Sirovine: RUDAČA, TALJIVO, KOKS
AGLOMERACIJASINTERIRANJE
Posebni ugljeni
VAPNENAC
CaCO3
Tekuće
Lijevani blokovi
Sirovo željezo
Daljnja prerada
150 °C
650 °C
1400 °C
1980 °C1700 °C
SIVO(Ljevaoničko)
10 %Povišen Si
(grafitizator) (2...3%)Snižen Mn (cementator)
Stabilna kristalizacija!(C) → grafit
Lističasti grafit Sivi lijev
Kuglasti grafitNodularni
lijev
Vermikularni (crvičasti)
grafit
Vermikularni
lijev
Postolja i
kučišta
strojeva
G
-prigušuje
vibracije
- podmazuje
- OT
Oksidacijska
atmosfera
Karbid (K):
Fe3C
(Fe,Mn)3C
Cr7C3
Bijeli tvrdi
lijev
Dijelovi građ. strojeva za drobljenje, valjanje
-ručni alat
- cijevne
spojnice
- lanac
Bijeli temper
lijev
Neutralna
atmosfera
Crni temper
lijev
- bubnjevi
kočnica
- vilice
(mali-kompl.
oblika)
Pročišćavanje 2-4 %C → 0,1–1,5 %+( Mn, Si) Nečistoće: P, S, As, Sn Plinovi: O, H, N
Legiranje(ferolegure: Fe-Me)
Mn, Cr, Ni, Mo, W, V, Co,...
Dezoksidacija CaSi: Al → Cao, SiO2, Al2O3 u troskuProizvodnja
čelika i čeličnih
lijevova
Decementacijsko
žarenje:
Fe3C → 3Fe + C
BIJELO(Čeličansko)
90 %
Povišen Mn(cementator)
Snižen Si < 2 % (grafitizator)
Metastabilna kristalizacija!
(C) →→→→ Fe3C
SIROVO ŽELJEZO
>>>> 90 %Fe2 – 4 %C
Prateći
elementi:
Si, Mn, ..
Nečistoće:
P, S …
Lim
Otkovci
Slobodno kovani otkovci, kovane
šipke
Šipkasti čelik, profilirani čelik,
valjana žica
Hladno valjane trake
Šipkasti čelik, poluprozvod
BlokoviČelični lijev
PROIZVODNJA I PRERADA PLEMENITIH ČELIKA
Sirovo željezo, čelični otpad, legure, sirovine
TALJENJE, PROČIŠĆAVANJE, LEGIRANJE
ŽARENJE
VALJANJE
PREŠANJE
KOVANJEŠipkasti čelik i žica (vučeno,
brušeno, ljušteno polirano)
VUČENJE
HLADNOVALJANJE
VALJANJE
OTPLINJAVANJE
PRETALJIVANJE
LIJEVANJE
OOČ
T.O.
Materijali IIOsnove toplinske obrade
Prof. dr. sc. Franjo Cajner
Katedra za toplinsku obradu i inženjerstvo površina
Zavod za materijale
TOPLINSKA OBRADA
• Toplinska obrada (definicija):
8
Tem
pera
tura
, oC
Vrijeme, h
ϑTO
Dijagramski prikaz postupka toplinske obrade
KALJENJE (definicija):
Postupak kaljenja se sastoji od:� ugrijavanja na temperaturu austenitizacije (ϑa) i progrijavanja� držanja pri temperaturi austenitizacije� gašenja
9
A1
A3
ugrijavanje
30÷70 °C
progrijavanje
držanje gašenje
Tem
pera
tura
, oC
Vrijeme, h
površinajezgra
Dijagram postupka kaljenja nekog podeuektoidnog
čelika
uvjeti zakaljivanja čelika:
1.
2.
3.
4.
KALJENJE ČELIKA
ϑa
a
c
a
ca
> 1
10
2,030,8 Udio ugljika, % C20
723
911
Te
mp
era
tura
, oC
F + P
F + A
P + K
A + K
A
Mf
A3AcmA1
MsMf
FeC DIJAGRAM
A3
Acm
A1
MsAp+M Ap+M+K
11
911
ϑ, oC
F + A
P + K
A + K
A
Ms
Mf
202,030,8 % C
F + P
723
Acm
A1
Ms
Mf
A3
A3
Ms
Mf
A1
ϑ, oC
t, s, lg
ϑa
20
čelik X
Ap+M Ap+M+K
Ap
F
P
B
M
A
TTT dijagram – podeutektoidni čelikTTT dijagram za kontinuirano hlađenje (čelik X% ugljika)
Acm
Ms
Mf
A1
ϑ, oC
t, s, lg
ϑa
20
A
Ap + K
K
P
A + K
12
ϑ, oC
F + A
P + K
A + K
A
Ms
Mf
2,030,8 % C
F + P
Acm
A1
A3
čelik Y
M + Ap + K
911
723
20
Ap+M Ap+M+K
Duboko hlađenje
TTT dijagram – nadeutektoidni čelikTTT dijagram za kontinuirano hlađenje (čelik Y% ugljika)
13
911
P + K
A + K
A
Ms
Mf
202,03% C
F + P
Acm
A1
Ms
Mf
A3
0,8
čelik Z
Ms
Mf
A1
ϑ, oC
ϑa
20t, s, lg
723
F + A
P
Ap
A
ϑ, oC
TTT dijagram – eutektoidni čelikTTT dijagram za kontinuirano hlađenje (čelik Z% ugljika)
Ap+M Ap+M+KM + Ap
Duboko hlađenje
14BURNSOV DIJAGRAM
Burnsov dijagram
Udio ugljika, % C
HRC
30
40
50
60
70
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Tvr
doća
67
0,7
% C
ϑ,°C
A1
A3
Acm
15
Svrha legiranja:
�poboljšanje eksploatacijskih svojstava:
�poboljšanje proizvodnih svojstava:
% C
ϑ,°C
A1
A3
Acm
% C
ϑ,°C
A1
A3Acm
+ Me (Si, Mn, Cr, Ni, W, Mo, V,Ti, Cu, Al,…)
Djelovanje legirajućih elemenata na Fe-Fe3C dijagram:
Fe-C
LEGIRANJE ČELIKA
2,030,80,8 2,03 0,8 2,03
911
723
911
723 723
911
Acm
% C
ϑ,°C
A1
A3
723
911
0,8 2,03
16
0,65 1,7
700
čelik: 0,5% C2% Mn = konst.97,5% Fe
PSEUDOBINARNI DIJAGRAM
2% Mn = konst.
Fe-C - Me = konst.
0,5
17
� oblici pojavljivanja legirajućih elemenata:
a) supstituiran u F, A, M rešetkua) supstituiran u F, A, M rešetku
Fe
Me
A
F
B
P
M
t, s, lg
ϑ, oC
A1
A3
TTT - diagram
A
F
B
P
M
ϑa
tmin
tmin
1. (Rm ↑, Re ↑, A ↓, Z ↓, K ↓)
2.
LEGIRAJUĆI ELEMENTI
Ms
Mf
Ms
Mf
18
� oblici pojavljivanja legirajućih elemenata:
b) u karbidu Me + C
Karbidi su kemijski spojevi metala s ugljikom.
- karbidotvorci:- nekarbidotvorci:
Fe3C (cementit) ≈ 1000 HV
(Fe,Me)3C (legirani cementit) FexMeyC (dvostruki karbid) MexCy - specijalni karbidi:
• Cr7C3 ≈ 1600 HV• V4C3 ≈ 2500 HV
• TiC ≈ 3600 HV
svojstva karbida:
-
-
-
LEGIRAJUĆI ELEMENTI
K
F
19
� oblici pojavljivanja legirajućih elemenata:
c) u intermetalnom spoju FexMey
LEGIRAJUĆI ELEMENTI
CuSnNi3Al
• KALJIVOST –
20
�zakali –
�prokali –
ZAKALJIVOST ČELIKA- ovisi o udjelu ugljika u čeliku ( f (% C) )
Burnsov dijagram
KALJIVOST ČELIKA
Udio ugljika, % C
HRC
30
40
50
60
70
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Tvr
doća
61
65
F
P
B
M
• PROKALJIVOST -
21
20
F
P
B
M
A
A3
Ms
Mf
A1
ϑ, oC
t, s, lg
ϑa
Ms
Mf
na prokaljivost čelika utječe:-
-
-
Ø50jezgrapovršina
HV
čelik X: X %C čelik Y: X% CY% Me
čelik X:
čelik Y:
Ø10 jezgrapovršina
HV
Ø10 jezgrapovršina
HV
Ø50jezgrapovršina
HV
A3
A1
timintimin
p p j j
PROKALJIVOST ČELIKA
22PROKALJIVOST ČELIKA
vhl
udal
jeno
st o
d ga
šeno
g če
la, m
m
HRC
udal
jeno
st o
d ga
šeno
g če
la, m
m
Shema uređaja za ohlađivanje ispitnog uzorka po Jominyju
220oC < ϑp < 400oC
400 oC < ϑp < A1
23POPUŠTANJE ČELIKA
- postupak ugrijavanja kaljenog čelika na...
-
-
-
A1
A3
Tem
pera
tura
, oC
Vrijeme, h
ϑa, ta
KALJENJE POPUŠTANJE
F + P M Mp+Kp
20°C < ϑp < 220oC
gašenje
tvrdoća?
24POPUŠTANJE ČELIKA
400 oC < ϑp < A1
A1
A3
Tem
pera
tura
, oC
Vrijeme, h
ϑa, ta
KALJENJE POPUŠTANJE
nisko(temperaturno) popuštanje
srednje(temperaturno) popuštanje
visoko(temperaturno) popuštanje
F + P M Mp + Kp
220oC< ϑp < 400oC
20°C < ϑp < 220oC
Mikrostrukturne promjene:
↓
↓
ca
> 1 – stupanj tetragonalnosti
podeutektoidni (< 0,6 %C): M →
(0,6 - 0,8) %C: M + Az →
nadeutektoidni (>0,8%C): M + Az + K” →
a
c
a
ca ↓
↑
rezultat popuštanja: �
�
�
25POPUŠTANJE ČELIKA
HRC
Tvr
doća
Dijagram popuštanja:
550
Az →
ϑp, °C
HRC2
HRC1
HRC3
ϑp
26POBOLJŠAVANJE ČELIKA
- postupak koji se sastoji od:
�
�
u cilju postizanja:
- čelici sa 0,3 – 0,6 %C, niskolegirani čelici, nelegirani čelici- prokaljenje!!!
A1
A3
Vrijeme, h
ϑa, ta
400 oC < ϑp < A1
KALJENJEVISOKO
(TEMPERATURNO) POPUŠTANJE
F + P M Mp + Kp
Tem
pera
tura
, oC
gašenje
površinajezgra
27POBOLJŠAVANJE ČELIKA
ε, %
σ, N/mm2
Istezanje
Nap
reza
nje
F
F
28POBOLJŠAVANJE ČELIKA
400 A1ϑp,°C
�
�
�
↓
�
�
�
↑
Dijagram popuštanja (poboljšavanja)Dijagram promjene svojstava ovisno o temperaturi popuštanja (poboljšavanja)
↑ temperature popuštanja (poboljšavanja) ϑϑϑϑp
HV= Rm310
29
A3
Ms
Mf
A1
ϑ, oC
t, s, lg
ϑa
20
F
P
B
M
A
IZOTERMIČKI TTT DIJAGRAM
bain
itni
stup
anj
perli
tni
stup
anj
F+P M B F+P
123
1
2
3
Kontinuirani Izotermički - način hlađenja iz A-područja
Ms < ϑϑϑϑ iz < A1
Vrijeme
Tem
eper
atur
a
Ms
20
0
A1
°Cϑa
a)
Vrijeme
Tem
eper
atur
a
Ms
20
0
A1
°C
ϑa
ϑiz
b)
ohlađivanje u toploj kupki
izotermičko držanje
proizvoljnoohlađivanje
tiz
ti min
ϑi min
30PRECIPITACIJSKO OČVRŠĆAVANJE
ϑ, oC
20 oC
α + T
T
α + β
α
A AxByz% B rmax %B
ϑ, oC
homogenizacija
dozrijevanje
uvjeti precipitacijskog očvršćavanja:�
�
�
0 oC
Vrijeme, hrs
gašenje
�Al legure: AlCu, AlSiMg
�Cu legure: CuBe,
�Ni, Co, legure za ↑ temp.
�Visokoleg. visokočvrsti čelici
(očvršćavanje izlučivanjem)
31POSTUPCI ŽARENJA
t, h
ϑ,°C
sporo
ϑž , tž
površinajezgra
Dijagram postupka žarenja
32POSTUPCI ŽARENJA
Žarenja II. vrste
Žarenja I. vrste
Žarenje za redukciju zaostalih naprezanjaT
empe
ratu
ra, o
C
Udio ugljika, % C
A3
Acm
A1650
400
R. Ž.
(ϑ, t) = f (materijala, φ)
33POSTUPCI ŽARENJA
Tem
pera
tura
, oC
Udio ugljika, % C
A3
Acm
A1
Rekristalizacijsko žarenje
650
400
500
poligonalna kristalna zrna
hladnom deformacijomočvrsnuto
� čelik (500 – 650 °C)
� Cu i Cu-legure
� Al i Al-legure
�Ti i Ti-legure
hladno oblikovanje
Sferoidizacijsko (meko) žarenje
34POSTUPCI ŽARENJA
Tem
pera
tura
, oC
Udio ugljika, % C
A3
Acm
A1650
400
500
t, h
ϑ,°C
vrlo sporo hlađenje
ϑsž površinajezgra
↓ ↑
A1
35POSTUPCI ŽARENJA
Tem
pera
tura
, oC
Udio ugljika, % C
A3
Acm
A1
Normalizacijsko žarenje
650
400
500
A3
Ms
Mf
A1
ϑn
F
P
B
M
A
ϑ, oC
t, s, lg
F
P� lijevanje
� valjanje
� zavarivanje
� kovanje
� toplinska
obrada F
P
F + P F + P
Sferodizacijsko žarenje
36POSTUPCI ŽARENJA
Tem
pera
tura
, oC
Udio ugljika, % C
A3
Acm
A1
Žarenje za redukciju zaostalih naprezanja
Rekristalizacijsko žarenje
Normalizacijsko žarenje
Homogenizacijsko žarenje
Žarenje na grubo zrno
650
400
500
37
38POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA
POVRŠINSKO KALJENJE
39POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA
TOPLINSKO KEMIJSKI POSTUPCI
Austenitno područje Feritno područje
DIFUZIJA
40
Austenitno područje
cementiranje
� niskougljični čelici (do 0,25 %C)
Udaljenost od površine, mm
% C
C – potencijalCpovrš ≈ 0,8 900-950 °C/2, 4,...h)
Cj
t1t2
t3
t3 > t2 > t1
POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA
� cilj cementiranja:
� tvrdi površinski slojevi otporni na trošenje
� žilava jezgra otporna na udarna opterećenja
Udaljenost od rubaT
vrdoća
mm
HV1
površina
jezgra
pougljičavanje - sredstva:• kruta• tekuća• plinovita• plazmatična
cementirano:
A1
A3 jezgre
Vrijeme, h
ϑp ≈ 200 oC
Kaljenje
Nisko(temperaturno)popuštanje
Tem
pera
tura
, oC
gašenje
površina
jezgra
Pougljičavanje
sporo hlađenje
� zupčanici
� bregaste osovine
41
Feritno područje
POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA
nitriranje - obogaćivanje površinskih slojeva dušikom → nitridi (FeN)� solne kupke� plinske atmosfere� ionizirane plinske atmosfere s reguliranim potencijalom dušika (N)
100
200
300
Tvr
doća
HV 0,5
Udaljenost od ruba
mm1,0 1,5
Tvrdoća jezgre
0,5
Parametri:
ϑn ispod A1 (400...600 °C)tn = do nekoliko h
- klipnjača
- pogontahometra
- pužni vijak
- ukovanj
- zupčanici uljne pumpe
42POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJATOPLINSKA PREVLAČENJA U PARNOJ FAZI
Osnova(P30)
TiCN
Al2O3
TiN
CVD (Chemical Vapour Deposition) postupci
~ 1000 °C
PVD (Physical Vapour Deposition) postupci
200...500 °C
Vrste spojeva (slojeva): Podloga:
- Čelici
- Keramika
- TM
Neoksidna keramika:
- karbidi: TiC, B4C, SiC,...
- nitridi: TiN (∼2300 HV), TiAlN (∼3300 HV),CrN (∼ 1800 HV),
- karbonitridi: TiCN (∼ 3000 HV), TiAlCN,...
Oksidna keramika: - oksidi: Al2O3, TiO2, ZrO2, ...
Dijamant i dijam. slični spoj. - DLC (Diamond like Carbon)
Svojstva: visoka HV, visoka OT (abraziju, adheziju, tribokoroziju), OK, izgled; δ= 1,2 ... µm
Vrste prevlaka: jednoslojne, višeslojne,...
Osnova(čelik)
43
Primjena:
TiN
TiAlN
CrNW-C:H
TiN
POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA
TOPLINSKO POSTUPCI PREVLAČENJA U PARNOJ FAZI
top related