View
343
Download
7
Category
Preview:
Citation preview
1
Pregled postupaka i opreme za toplinsku obradu metala
Vježba I.Kolegiji: Proizvodni postupci
- Toplinska obrada metala
Ak. god. 2011./2012. doc. dr. sc. Darko Landek
Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zavod za materijale, Katedra za toplinsku obradbu i inženjerstvo površina
Pregled postupaka toplinske obrade
TOPLINSKA OBRADBA METALA
TOPLINSKA OBRADBA CITAVOG OBRADKA
MODIFICIRANJA POVRŠINE
POSTUPCI KALJENJA IPOPUŠTANJA
POSTUPCI ŽARENJA
PRECIPITACIJSKOOCVRŠCAVANJE
KALJENJE
Kaljenje s kontinuiranim gašenjem
Kaljenje skontinuiranim gašenjem idubokim pothladivanjem
Kaljenje sdva sredstva za gašenje("slomljeno kaljenje)
Kaljenje s gašenjem u toploj kupci(postupak "martempering")
TOPLINSKA
TOPLINSKO -KEMIJSKA
MEHANICKA
PREVLACENJA POVRŠINE
Površinsko kaljenje: - plameno - indukcijsko - elektronskim snopom - laserskim snopom
Difuzija metalnihelemenata:- alitiranje (Al)- difuzijsko kromiranje (Cr)- siliciranje (Si)- legiranje laserskim snopom- legiranje snopom elektrona
Difuzija nemetalnih elemenata:- cementiranje- nitriranje- nitrokarburiranje- postupak QPQ- oksinitrokarburiranje- karbonitriranje- sulfonitriranje- sulfokarbonitriranje- oksidiranje- boriranje
Difuzija metalnih i nemetalnih elemenata:- vanadiranje (V, C)- niobiranje (Ni, C)- titaniranje (Ti, C)
- Sacmarenje- Valjanje- Strojna obradba
- TOPLINSKA (navarivanje, uranjanje u rastaljeni metal, prevlacenja laserskim ili elektronskim snopom)
- TOPLINSKO- MEHANICKA (naštrcavanje plamenom plazmom, deformacijsko, elektrolucno)
- MEHANICKA (deformacijsko spajanje eksplozijom ili valjanjem)
- U PARNOJ FAZI (PVD, CVD, PA CVD)
- KEMIJSKA (fosfatiranje, bezstrujno niklanje, kromatiranje, sol-gel postupci)
- ELEKTROKEMIJSKA (niklanje, kromiranje, galvanizacija, anodna oksidacija)
POPUŠTANJE
Niskotemperaturno popuštanje (ϑp<220 oC)
Srednjetemperaturno popuštanje (220oC<ϑp<400 oC)
Visokotemperaturno popuštanje (400 oC< ϑp<A1)
POBOLJŠAVANJE
Kaljenje + visokotemperaturnopopuštanje
Izotermicko poboljšavanje("austempering")
Rastvorno žarenjeRekristalizacijsko žarenjeŽarenje na grubo zrnoŽarenje za redukciju napetostiDifuziono žarenjeNormalizacijaMeko žarenje (sferodizacija)Temperiranje (grafitiziranje)
Izotermicko žarenje u perlitnom stupnju
Prirodno starenje
Umjetno starenje
IMPLANTACIJA IONA
2
KALJENJE
Tehnološki dijagram postupka kaljenja
Uređaji za austenitizaciju
A. Peći: plamene peći
električne peći
vakuumske peći
B. Kupke: solne kupke
fluidne kupke
komorne
jamske
konvejerske
C. Uređaji za površinsko kaljenje:
plamenici
induktori
laserski snop
3
A.1 Plamene peći
a) direktno grijane plamenom iz plamenika
b) grijane zračenjem iz cjevnih grijača
A.2 Električne peći
Komorna električna peć sa zaštitnom atmosferom (ϑmax = 1050 ºC)
4
A.3 Vakuumske peći
Jednokomorna vakuumska peć
Vakuum:
do 10-4 mbar-a
Temperature ugrijavanja (austenitizacije, homogenizacije):
do 1200 (1350) ºC
Ohlađivanje u struji plina:
pohl = 1 ... 20 bar
Plinovi za ohlađivanje:- N2, Ar, He, H2, - mješavine plinova
A.3 Vakuumske peći
Postupci toplinske obradbeu vakuumskim pećima:
• Kaljenje
• Žarenje
• Žarenje legura koje otvrdnjavajuprecipitacijom
• Popuštanje
• Otplinjavanje
• Tvrdo i visokotemperaturnolemljenje
• Sinteriranje
• Nitriranje u plazmi
• Pougljičavanje u plazmi
Obrada predmeta bez oksidacije površine i razgradnja postojećih oksida (obradci ostaju metalno svijetli i nakon toplinske obradbe)
Nije potrebno naknadno čišćenje
Nema razugljičenja rubnog sloja
Prednosti toplinske obradbe u vakuumskimpećima:
Značajno manje deformacije i iskrivljenja obradakau odnosu na ostale načine toplinske obrade
Automatsko vođenje procesa
Obrada bez otpadnih tvari i zagađivanja okoline
5
A.3 Vakuumske peći
Tem
pera
tura
, o CTl
ak, m
bar
Površina
Jezgra
0
20
1300
Vrijeme, h
10-4
10005000
Grijanje Gašenje
800
Primjer tehnološkog dijagrama promjene temperature i vakuuma u vakuumskoj peći pri kaljenju brzoreznog čelika
B.1 Solne kupke
Solna kupka grijana električnim grijačima
Solna kupka za nitriranje
Solna kupka za postoksidaciju
6
B.2 Fluidne kupke
Fluidna kupka grijana električnim ili plamenicima grijačima
C.1 Indukcijsko kaljenje površinskog sloja
Primjer indukcijskog kaljenja zupčanika
Osnovne vrste induktora
7
C.2 Kaljenje površinskog sloja laserskim snopom
Primjer površinskog kaljena zupčanika laserskim snopom
Granična tvrdoća (HV1) odgovara vrijednosti 80% minimalne površinske tvrdoće
Uređaji za gašenje
Faze pri gašenju u sredstvu koje podliježe Leidenfrostovom fenomenu
bazeni za gašenjeprskalicesolne kupkefluidizirane kupkehladne komore u vakuumskim pećima
Faza parnog omotača Faza vrenja Faza konvekcijskog ohlađivanja
8
a) bazeni za gašenje
Napredovanje fronta kvašenja pri ohlađivanju valjaka ∅ 25x100 mm od Cr-Ni čelika u vodi temperature 35 ºC s temperature austenitizacije 860 ºC
b) hladne komore
Shematski prikaz hladne komore vakuumskepeći za ohlađivanje šarže u cirkulirajućem plinu
Dvokomorna peć sa zaštitnom plinskom atmosferom i ohlađivanjem šarže u bazenu za gašenje i na zraku
9
c) prskalice
Rotaciono-posmično indukcijsko kaljenje osovine uz gašenje prskanjem
voda,
vodene otopine polimera
MODIFICIRANJE POVRŠINSKIH SLOJEVA TOPLINSKO KEMIJSKIM POSTUPCIMA
Karakteristike uobičajeno korištenih toplinsko-kemijskih postupaka
10
1. Cementiranje
Dijagram postupaka cementiranja čelika
A1 (jezgra)
A3 (jezgra)Te
mpe
ratu
ra, o C
Vrijeme, h
pougljicavanje kaljenje niskotemperaturnopopuštanje
sporohladenje
gašenje
mar
tenz
itni
sloj
prije
lazn
azo
na
jezgra
(0,1 ... 0,22 % C)
Zone na cementiranom obratkuPresjek kroz cementirani zupčanik
1. Cementiranje
Mikrostruktura cementiranog čelika 20MnCr5 s rasporedom tvrdoće (pravilno proveden postupak cementiranja)
Utjecaj trajanja pougljičavanja na sadržaj ugljika u rubnom sloju pri pougljičavanju u plinskoj atmosferi
11
1. Cementiranje
Tijek koncentracije ugljika tijek tvrdoće i efektivna dubina cementiranog sloja
Utjecaj trajanja pougljičavanja na sadržaj ugljika u rubnom sloju pri pougljičavanjuu plinskoj atmosferi
2. Nitriranje
Određivanje dubine nitriranja (Nht) (prema normi DIN 50190:1979)
plinu (npr. NITROC): dugotrajan (do 20 h), kratkotrajan postupak (0,5 ... 4 h)u solnim kupkama (npr. TENIFER) – 2 do 4 hu plazmi (ionitriranje): do 40 h
Udaljenost od površine, mm
0
200
400
600
800
HV
0,5
HV jezgre = 330 HV 0,5330 + 50 = 380 HV 0,5
50
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5Nht = 0,24 mm
Granicna tvrdoca
12
2. Nitriranje
Postupak nitriranja u plazmi
Zaključak
Recommended