Miskolci Egyetem Gépészmérnöki Kar Gépgyártástechnológiai Tanszék
Hőkezelő technológia tervezése Hőkezelés és hegesztés II. című tárgyból
Név: Varga András Tankör:
G-3BGT
Neptun:
CP1E98
Feladat: Tervezze meg a W 2 típusú acélból készített ø 150 x 100 mm méretű melegalakító sűlyeszték keménységnövelő hőkezelésének technológiáját! ● Anyagminőség: - EN : X30WCrV9-3 - DIN: X30WCrV93 - MSZ: W2 ● Méretek: - ø 150 x 100 mm ● Edzési hőmérséklet: - 1150 Cº [1] folyamatos hűtésű C görbe alapján ● Összetétel: C 0.30
Si % 0.25
Mn % 0.30
● A W2 folyamatos hűtésű C-görbéje:
Cr % 2.85
V 0.40
W 9.0
1. Rajzolja meg a hőkezelés T-t diagrammját! Ezen tüntesse fel a hőmérsékleteket , idők és sebességek értékeit! Hevítés tervezése A munkadarab hőtechnikai vizsgálata: Bi
L
200 40
W W
m 2 C
0 . 075 m 0 . 375
m C
Ahol: - L a tengely sugara - α: a hőátadási együttható [2] - λ: hővezetőképesség 0.25 Bi 0.50 , tehát hőtechnikailag átmeneti zónába esik a munkadarab.
Az edzési melegítési idő meghatározása:
tm
T To L c ln k K1 Tk Tm
Ahol: - 7800 kg m3 , az acél sűrűsége K1= 2, alaktényező hengerre I. lépcső:
tm
T To 0.075 7800 460 L c 430 50 ln k ln 1708,09s 28,47 min K1 Tk Tm 2 200 430 400
c 460 J kg C , a fajhő Tk=430°C, a kemence hőmérséklete T0=50°C, a kiinduló hőmérséklet Tm=400°C, a test előírt hőmérséklete Ezután 30 min várakozás a kéreg és a mag hőmérsékletének kiegyenlítődéséig. II. lépcső:
tm
T To 0.075 7800 460 L c 680 400 ln k ln 1502,65s 25,04 min K1 Tk Tm 2 200 680 650
c 460 J kg C , a fajhő Tk=680°C, a kemence hőmérséklete T0=400°C, a kiinduló hőmérséklet Tm=650°C, a test előírt hőmérséklete
Ezután 30 min várakozás a kéreg és a mag hőmérsékletének kiegyenlítődéséig. III. lépcső:
tm
T To 0.075 7800 460 L c 880 650 ln k ln 1370,31s 22,84 min K1 Tk Tm 880 850 2 200
c 460 J kg C , a fajhő Tk=880°C, a kemence hőmérséklete T0=650°C, a kiinduló hőmérséklet Tm=850°C, a test előírt hőmérséklete Ezután 30 min várakozás a kéreg és a mag hőmérsékletének kiegyenlítődéséig. IV. lépcső:
tm
T To 0.075 7800 460 L c 1180 850 ln k ln 1613,18s 26,89 min K1 Tk Tm 2 200 1180 1150
c 460 J kg C , a fajhő Tk=1180°C, a kemence hőmérséklete T0=850°C, a kiinduló hőmérséklet Tm=1150°C, a test előírt hőmérséklete Az edzési hőmérsékletre való hevítés teljes ideje: t m ' t m k e 193,24 min 1 193,24 min ahol: ke=1, helyesbítő tényező az elhelyezésnek megfelelően Tehát 193,24 percig tart, amíg a darabot felmelegítjük az edzési hőmérsékletre. Az edzés hőntartási ideje: A munkadarab legnagyobb jellemző méretének ismeretében (S) a hőntartás ideje a következő tapasztalati összefüggéssel számítható: t hte 10
S 150 10 750 min [2] 2 2
Kritikus hűtési sebességek: A kritikus hűtési sebességek az [1] segédlet alapján. v alsó krit 0.041K / s v alsó krit 1.8K / s Ezek a hűtési sebességek léghűtéssel megvalósíthatóak
Tehát ha martenzitesre kívánjuk edzeni az anyagot, akkor v>1.8 K/s-os hűtést kell megvalósítani.De ez a sebesség nem lehet túl nagy se, mert az anyag megrepedhet! v=2,5K/s-os hűtési sebességgel elérhető a kívánt szövetszerkezet. A hűtést T=100°C -ig folytatjuk majd a munkadarabot a hőntartjuk 0,5 órán át. A megeresztési hőmérsékletre való hevítés ideje: A munkadarab megeresztését 2 fázisban végezzük. 1.Megeresztés: I. lépcső: T=100°C-ról T=300°C-ra melegítjük fel a munkadarabot. W T= 300°C-ra [2]2.2ábra 1 30 2 m C K1= 2, alaktényező hengerre T0 50C kezdeti hőmérséklet Tm 300C a munkadarab előirt hőmérséklete Tk 350C a kemence hőmérséklete
t1 m eg
T To 0.075 7800 460 L c 350 80 ln k ln 7563,5s 126,06 min K1 1 Tk Tm 2 30 350 300
Itt 30 min hőntartás következik. II. lépcső: T=300°C-ról T=500°C-ra melegítjükfel a munkadarabot. W T= 500°C-ra [2]2.2ábra 1 80 2 m C K1= 2, alaktényező hengerre T0 300C kezdeti hőmérséklet Tm 500C a munkadarab előirt hőmérséklete Tk 550C a kemence hőmérséklete
t 2 m eg
T To 0.075 7800 460 L c 550 300 ln k ln 2706,87 s 45,11 min K1 Tk Tm 550 500 2 80
A kemencében való elhelyezés szerint a módosított melegítési idő: t m ' t m k e 218,67 min 1 218,67 min ahol: - ke=1, helyesbítő tényező az elhelyezésnek megfelelően - Tehát 218,67 percig tart, amíg a darabot felmelegítjük az edzési hőmérsékletre. A megeresztés hőntartási ideje: 1...2 min/mm átmérő szabály segítségével határozható meg: t h 1,5 d 1,5 150 225 min 2. Megeresztés a kívánt keménységre Feltételezve hogy a kívánt keménység 51 HRC, ekkor a megeresztési hőmérséklet (azt is feltételezzük h nem fog elridegedni így alacsonyabb hőmérsékleten végezzük a megeresztést )[1] alapján T=550°C I. lépcső: T=50°C-ról T=300°C-ra melegítjük fel a munkadarabot. W 1 30 2 T= 300°C-ra [2]2.2ábra m C K1= 2, alaktényező hengerre T0 50C kezdeti hőmérséklet Tm 300C a munkadarab előirt hőmérséklete Tk 350C a kemence hőmérséklete
t1 m eg
T To 0.075 7800 460 L c 350 50 ln k ln 8036,04s 133,93 min K1 1 Tk Tm 2 30 350 300
Itt 30 min höntartás következik II. lépcső: T=300°C-ról T=550°C-ra melegítjükfel a munkadarabot. W 1 87 2 T= 500°C-ra [2]2.2ábra m C K1= 2, alaktényező hengerre
T0 300C kezdeti hőmérséklet Tm 550C a munkadarab előirt hőmérséklete Tk 600C a kemence hőmérséklete
t 2 m eg
T To 0.075 7800 460 L c 600 300 ln k ln 2771,05s 46,18 min K1 Tk Tm 600 550 2 87
A kemencében való elhelyezés szerint a módosított melegítési idő: t m ' t m k e 227,61 min 1 227,61 min ahol: - ke=1, helyesbítő tényező az elhelyezésnek megfelelően - Tehát 227,61 percig tart, amíg a darabot felmelegítjük az edzési hőmérsékletre. A megeresztés hőntartási ideje: 1...2 min/mm átmérő szabály segítségével határozható meg: t h 1,5 d 1,5 150 225 min A darabot ezután levegőn hűtjük. A megeresztés teljes időszükséglete t=896.37perc. Wolfram és Króm alapötvözésű melegalakító szerszámacélok edzésének hőmérséklet idő diagrammja:
Az szakaszok időtartama: ● 1. szakasz ● 2. szakasz ● 3. szakasz ● 4. szakasz ● 5. szakasz ● 6. szakasz ● 7. szakasz ● 8. szakasz ● 9. szakasz ● 10. szakasz ● 11. szakasz ● 12. szakasz ● 13. szakasz ● 14. szakasz ● 15. szakasz ● 16. szakasz ● 17. szakasz ● 18. szakasz ● 19. szakasz
: : : : : : : : : : : : : : : : : : :
28.47 min 30 min 28,04 min 30 min 22,84 min 30 min 26,89 min 750 min 60 min 30 min 126,06 min 30 min 225 min 20 min 133,93 min 30 min 46,18 min 225 min hűtés levegőn !
2. Ismertesse a hőkezelés különböző fázisaiban végbemenő fémtani változásokat A hőkezelés fázisai: 1. edzés: - 1150 ºC-on hőn tartjuk 5 percen keresztül, majd levegőn lehűtjük 2. megeresztés: - a 500 °C-os megeresztési hőmérsékleten hőn tartjuk 30 percen keresztül, majd nyugvó levegőn lehűtjük. 3. megeresztés a kívánt keménységre : - A megeresztési diagramból meghatározható a kívánt keménység eléréséhez tartozó megeresztési hőmérséklet. Ezen a hőmérsékleten hőntartva 15 percen keresztül, majd nyugvó levegőn lehűtjük. Hevítési szakasz: A munkadarabot több lépcsőben hevítjük mivel anyaga rossz hővezető, hőtágulása nagy. A hevítés folyamán a kéreg és a mag különböző hőmérsékletűek ezért komoly termikus feszültségek ébrednek. Ezek repedésekhez vezethetnek a munkadarabban, annak tönkremenetelét okozhatja. A lépcsőkön a hőntartás miatt a hőmérsékletek kiegyenlítődnek, a feszültségek leépülnek. Ezért 4 lépcsőt iktatunk be amíg a munkadarab eléri az edzési hőmérsékletet. A Folyamat során a szövetek átalakulnak ausztenitté, a karbidok oldatba mennek. 1000ºC felett a stabilis króm- és volfrámkarbidok is oldatba kerülnek. Hőntartás az edzés hőmérsékletén: Mikor a munkadarab eléri az edzési hőmérsékletet újabb hőntartási szakasz következik. A hőntartás célja h a munkadarab teljes térfogatában bekövetkezzenek a
kívánt változások, kialakuljon a homogén ausztenites szövet valamint oldatba menjenek az ötvözők stabilis karbidjai. Hűtés: Az edzési hőmérsékletről megfelelően megválasztott hűtési sebességgel léghűtés mellett a szövetszerkezet martenzites lesz. A hűtés során már magas hőmérsékleten a karbidképzésre nagy affinitású ötvözők karbidjai is megjelennek. A hűtés végén martenzites szövetszerkezet jellemző karbidokkal. Megeresztés és megeresztés kívánt keménységre: A megeresztés folyamán a martenzitben csökken a rács torzulása a karbon kiválásával, alakja a szabályos kockarács felé alakul. Emellett a bennragadt ausztenit is átalakul martenzitté esetleg bainitté. A karbon kiválása során a martenzit rácstorzultsága, így keménysége is számottevően csökken, de a vanádiummal, krómmal, és volfrámmal ötvözött acél keménységében ez nem okoz jelentős változást, mert ezt kompenzálja a keménységnek a diszperz karbid-képződés kiváltotta növekedése. Nagyobb hőmérsékleten végzett megeresztéskor (T>300ºC) a karbidképződés még jelentősebbé válik és egyre nagyobb mennyiségű, igen finom eloszlású karbid alakul ki. Ennek hatására az acél keménysége nő így elérhető a megkívánt keménység (kiválásos keményedés). Viszont még magasabb megeresztési hőmérsékleten a karbidok kezdetben kis korongocskákat majd A1 hőmérséklethez közelítve a korongok egyre nagyobb méretű gömbbé alakulnak a diszperzitás csökkenése keménységcsökkenéssel is jár. 3. Értékelje a hőkezeléssel előállított szövetszerkezetet a várható igénybevétel szempontjából: A melegmegmunkáló szerszámacélokkal szembeni legfontosabb követelmény a nagy szilárdság, keménység, kopásállóság magas hőmérsékleten is(600-650°C). A magas hőmérsékleten megeresztett martenzittel és a króm-, volfrám-, vanádium-karbiddal ezeket a tulajdonságokat biztosítani tudjuk, ugyanakkor azt edzést követő rideg állapotot szívósabbá tettük.Vágó szerszámról lévén szó, meghatározó tényező a keménység érték. A keménység: ~47-53 HRC. A króm mint ötvöző erős karbidképző hatású, a Cracélok nagy hőmérsékletig megmaradó természetes keménységét és ezzel kiemelkedően jó kopásállóságát ezen karbidok biztosítják. A Cr növeli emellett az átedzhető méretet valamint az edzési repedés veszélyt is csökkenti. A növekvő Cr tartalom emellett csökkenti a kritikus hűtési sebességet is, valamint a W együtt nagy hőmérsékletig megmaradó keménységet biztosít. Ezen tulajdonságoknak köszönhetően az ötvözet tulajdonságai megfelelnek a melegalakító szerszámacélokkal szemben elvárt tulajdonságoknak. 4. Készítsen részletes leírást a technológia kivitelezéséről A hőkezeléshez felhasználandó az aknás-retortás kemence. A kemencében a munkadarabok elhelyezése legalább 20 mm távolságban történjen, a munkadarabok
egyenletesen történő felmelegedése miatt. Kisebb hézag esetén az esetlegesen összeérő munkadarabok érintkező felületei miatt a hőkezelés minősége romlik. Nagyobb hézag alkalmazás pedig az egyszerre hőkezelhető darabok számának csökkenése miatt nem gazdaságos. A hőtechnikailag vékony testek a teljes keresztmetszetben egyszerre érik el a kívánt hőmérsékletet, a hőntartás ettől az időponttól számítandó. Vetemedést elkerülendő függesztett állapotban célszerű az hűteni(hűtőaknában). A megfelelő minőség biztosítása érdekében a már köszörült munkadarabok néhányán ellenőrző keménységméréseket kell végezni. És ezeket a mérési eredményeket folyamatosan figyelve ellenőrizni a technológia helyességét, és szükségszerűen beavatkozni abba. Felhasznált irodalom: [1] [2] [3]
www.metalravne.si (csatolva nyomtatott formában) Lizák József : Hőkezelés gyakorlati segédlet Tisza Miklós: Metallográfia
Miskolc, 2009. március 26.
Készítette:……………………….
