predložak za vježbu 5
DESCRIPTION
Materijali 2 vježba 5TRANSCRIPT
-
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.
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 3
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!
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 4
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
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 5
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
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 6
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.
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 7
PRILOG 1
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 8
PRILOG 2 - POKROVNI LIST
Slika 12.
Slika 27. Slika 33.
Slika 28.
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 9
PRILOG 3
Slika 29.
Slika 30.
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 10
PRILOG 4
Slika33. Slika34.
Slika 36. Slika 39.
Slika 41.
-
SVEUILINI ODJEL ZA STRUNE STUDIJE Upute za vjebe iz kolegija Materijali 2
Studij konstrukcijskog strojarstva 11
PRILOG 5
Slika 32. Slika 31.
Slika 37. Slika 42.