Steel Technology

8/18/2019 Steel Technology

1/142

FAKULTET TEHNIČK3H NAUKA U NOVOM SADU

MAŠINSKI ODSEKINSTITUT ZA PROIZVODNO MAŠINSTVO

ZADATAK ZA DIPLOMSKI RAD

Za grupu predmeta čiji su osnovni parametri prikazani u tabeli, a dati su i u poprat noj tehni čkoj dokumen tacij i, treb a naprav iti projek at pog ona termi čke obrade d a bi se z adovolj ili p otreb ni ka paciteti vezani za c eloku pnu f abriku .

Nazi v pr edm eta Broj crteža Materijal | Kom./sedmično

Vođicajezgra 0. Č. 4721 1000

Zupčanik 5 02 Č.4721 2000

Zupčanik 6 03 Č. 4721 1000

Zupčasto vratilo 5 04 Č.4321 500

Zupčanik 6 05 C.4321 800

Stub za vođenje alata II 06 Č.4721 2000

Stub za vođenje izbacivača **07. " Č.4320 3000

Projektom treba definisati:

1. Napraviti analizu odabranih čelika i potrebne t ehnologije termičke obrade.2. Izvršiti proračun potrebnih vremena zagrevanja i definisati grafikone

termičke obrade, za slučaj termičke obrade u sonim kupatilima.3. Izvrši ti proračun potrebnog broja uređaj a u pogonu termičke obrade.4. Dati idejno riješenje pogona termičke obrade.5. Defi nisati kontro lu i potrebne laborator iske uređaje u cilju kontrole kvaliteta.6. Dat i detaljan proračun peći za cementaciju sa sklopnim crtežom.

Novi Sad, mart 2005.

KandidatMilorad Kovačević

Predmetni nastavnikProf. dr Damir Kakaš


2/142

UVOD

Pravilan odabir, tj. izbor postupka tehnologije termičke obrade oduvek je bio

poseban izazov za stručnjake koji se bave ovom važnom tehnološkom oblasti. Od

primenjene tehnologije u proizvodnji određenih mašinskih elemenata odnosno bilo kojih

sklopnih delova, te stručno odabranog postupka termičke obrade umnogome zavisi

eksploatacioni vek predmeta, sigurnost pri samom radu, kao i eventualni zastoji koji se

mogu javiti prilikom same eksploatacije.

Pravilnim projektovanjem pogona za termičku obradu kao i same tehnologije

termičke obrade umnogome se smanjuje cena izrade određenog eiementa, smanjuje se

takođe vreme same izrade odnosno uloženi rad, a da pri tome kvalitet proizvoda (što je

veoma važno) ostaje na visokom nivou. Sve ovo nas navodi na zaključak da je ovaj prvi

korak tj. odabir postupka tehnologije termičke obrade kao i kompletan projekat pogona

suštinski značajan za sveukupan kvalitetno odrađen zadati zadatak.

Kad vršimo izbor - odabir čelika za zadani odnosno određeni mašinski element

uvek trebamo uzimati u obzir cijeli niz uticajnih faktora. Broj takvih faktora je utoiiko

veći što je mašinski deo - element više odnosno jače opterećen u bilo kom smislu.

Za uzorke uzete za ovaj Diplomski rad a njih je sedam i svi su iz proizvodnog

programa fabrike "SEVER" iz Subotice, karakteristično je da svi uzorci moraju biti

završno obrađeni postupkom termičke obrade koji se zove cementacija. Dakle, uopšteno

uzevši kod mašinskih elemenata koje koristimo u našem proizvodnom programu pošlo

se od osnovnog zahteva da cementirani i kaljeni površinski sloj ima veiiku tvrdoću, a da

jezgra posle takvog tretmana ostane žilava.

Za izradu takvih mašinskih elemenata koriste se čelici za cementaciju.


3/142

ANALIZA ČELIKA I POTREBNE TEHNOLOGIJETERMIČKE OBRAĐE


4/142

1.1. DEFINISA NJE PROIZ VODNO G PROGRA MA

Projektovanje pogona termičke obrade, kao i same tehnologije termičke obradevrši se na osnovu analize zadatog proizvodnog programa. Proizvodni program u ovomslučaju čine elementi koji su dati u TABELI1.

Za problematiku definisanja proizvodnog programa, kojeg ćemo termičkiobrađivati u pogonu termičke obrad važno je, odnosno nužno da odredimo reprezentativne

predstavni ke, koji su na m u ovom s lučaju radni p redmeti iz fabr ike "SEVER" - Suboticai da za njih definišemo određene polazne parametre, na osnovu kojih ćemi vršiti sve ostaleanalize i proračune u cilju pronalaženja optimalnih rešenja. U konkretnom slučaju to su :

1. Vrsta čelika koji će zadovoljiti tražene eksploatacione karakteristike2. Broj izrađenih komada - sedmično3. Tehnička dokument acija - crtež za svaki element

Ovo su nam u stvari polazni tj. zadati parametri u ovom Diplomskom radu.

TABELA 1

Red.Broj

Naziv pred met a MaterijalKoličina

[kom./ sedmično] Broj crteža I

1 Vođicajezgra Č. 4721 1000 01 1

2 Zupčanik 5 Č. 4721 2000 02

3 Zupčanik 6 Č. 4721 1000 03

4 Zupčasto vratilo 5 Č. 4321 500 04

• 5 Zupčanik 6 Č. 4321 800 05

6Stub za vođenje

alata H'Č.4721 2000 06

H 7 Stub za vođenjeizbacivača

Č.4320 3000 07


5/142

Da bismo postigli neophodan i nužan kvalitet izabranih predstavnika iz ovog proizvodnog programa, neophodno je sprovesti niz postupaka termičke obrade kaozavršnih operacija u tehnološkom postupku izrade. Nakon kompletno završene termičkeobrade izabranih elemenata može se vršiti još eventualno samo brušenje komada, radikorekcije dimenzija, koje mogu nastati kao posledica postupka tehnologije termičkeobrade - kaljenja.

Na osnovu zahteva navedenih u tehničkoj dokumentaciji za dati proizvodni program primenit ćemo sledeće vrste termičke obrade :

1. Cementacija2. Kaljenje3. Otpuštanje

Za odluku o izboru tehnološkog postupka termičke obrade kojeg ćemo primeniti,neophodno je detaljnije izučavanje karakteristika pojedinih procesa i njihovog uticaja naželjene odnosno zahtijevane osobine.

U nastavku rada ćemo se pozabaviti svim vidovima tehnologije termičke obradekoji su vezani za projektni zadatak, u užem ili širem smisiu, iz koga ćemo videti da su onineophodni, pravilno i stručno odabrani, da bi smo kao krajnji rezultat dobili kvalitetan

proizvod koji može odgovoriti postavljenim radnim zahtevima.

1.2. ČE LICIZ A CEMENTAC IJUI OSNOVEPOSTUPKA CEMENTACIJE

Pred čelike koji su predviđeni za cementaciju uvek se postavlja jedan suštinskizahtev, a on se svodi na to da cementirani a zatim kaljeni površinski sioj nekog mašinskogelementa ili uopšte elementa ima veliku tvrdoću, a da nam pri tome jezgro istog poslekaljenja ostane manje ili više žilavo. Ova prethodna definicija, odnosno konstatacija jeujedno i srž ove tehnologije termičke obrade - cementacije, a sve ostalo su detalji kojestručnjaci koji se bave ovom oblasti mašinstva, definišu za svaki slučaj termičke obrade

ponaosob.

Osnovna karakteristika čelika za cementaciju je to što su to čeiici sa niskimsadržajem ugljika (najčešće ispod 0,3 %), proizvedeni sa posebnom pažnjom i čistoćom.Ovi čelici, čelici za cementaciju, nakon obogaćivanja površinskih slojeva ugljikom, daklenaugljeničenja tj pougljičavanja i nakon sledeće operacije - kaljenja, što sve zajedno(naugljeničenje + kaljenje) nazivamo jednim opštim izrazom cementacija, postižu na

površini komada veoma veiiku tj. traženu tvrdoću, a jezgra komada pri tome ostaje više ilimanje meka, odnosno žilava, što prvenstveno ovisi od načina provodenja postupkakaljenja. Između ove dve usiovno rečeno krajnosti (tvrda površina i mekana jezgra), Ieži

jedna prelazna oblast u k ojoj tvrdoća opada kontinuirano od površine ka jezgri komada,što je uslovljeno padom postotka ugljika C.

Jedna od bitnih tehnoloških osobina čelika za cementaciju je sposobnostnaugljeničenja. Tu se pre svega misli na brzinu difiizije ugljika i vrstu strukture kojanastaje na temperaturi cementacije, kao i na završnu strukturu koja nastaje posle termičkeobrade. Za vreme naugljeničavanja odvijaju se tri fizičko - hemijska procesa :

2


6/142

1. Disocijacija sredstva za naugljeničenje2. Ad sorp cija ugljika na povrSinu komada3. Difuzija ugljika od povrSine ka unutraSnjosti komada

Bez obzira na sredstvo za cementaciju, naugljeničavanje se odvija preko gasovitefaze, jer imajući u vidu visoku temperaturu na kojoj se obavlja sam proces cementacije, ato je najčešće 900 - 950°C, stvoriće se uslovi za disocijaciju (rastavljanje molekula podvisokom temperaturom) gasovitih jedinjenja ugljika, pa će na taj način nastati ugljik uatomskom stanju, a samo u ovom stanju on može biti adsorbovan na površinu tretiranogkomada. Od količine ovakvog ugljika zavisi aktivnost sredstva za naugljeničenje.

Da se reakcija naugljeničavanja obavlja uvek preko gasovite faze pokazat ćemo na primeritna kod primene cementacije u čvrstim sredstvima, tečnim sredstvima i gasnecementacije:

Cvrsto sredstvo : C + 02 S C0 2C0 2 + C U 2CO

2C O 5 Cpe + CO?

Tečno sredstv o : 2 NaCN + 02 1 2 NaCNO4NaCNO i 2 NaCN + Na2C03 + C0 + 2N2CO U CFe + COz

Gasno sredst vo : C3H8 g 2 CH, + CCH4 —+ Cfe 2 H2CO + H2 i? Cf ,. + H20

Iz svih ovih reakcija vidimo da kao krajnji rezultat istih dobijemo elementamiugljik CFe i C0 2.

Sadržaj ugljika ima presudan uticaj na obrazovanje strukture komada, i on se učeliku za cementaciju kreće u granicama od 0,08 do 0,35%, a najčešće je između 0,15 i

0,20%. Postoji težnja da se sadržaj ugljika u čeliku za cementaciju poveća, kako bi se povisile mehaničke osobine jezgr a, pri čemu bi bitno uticali i na samo smanjenjedimenzije komada. Povećanje sadržaja ugljika ima 1 druge povoljne uticaje npr. može se

propisati manja dubina cementacije komada. Pri većem sadržaju ugljika potrebno je manjenaugljeničenje pa je i vreme cementacije kraće. Takodje, povišenje sadržaja ugijikasmanjuje razliku između temperature kaljenja cementiranog sloja 1 jezgre komada,

povećava prokaljivost i povećava uslove mehaničke obrade rezanjem. Značajno jeistaknuti da su deformacije koje se javljaju pri kaijenju manje zbog nižih temperaturakaljenja jezgra komada. Međutim, povećanjem sadržaja ugljika neizbežno dovodi do padažilavosti jezgre komada. To je razlog zbog kojeg se čelik sa povećanim sadržajem ugljikane može upotrebiti kada su delovi opterećeni udarnim silama, ili trpe dinamičkoopterećenje promenjivim silama. Čelici za cementaciju sa veiikim sadržajem ugljika,koriste se stoga za mirna opterećenja kada se od komada pretežno zahteva otpornost nahabanje i malo defeormisanje komada pri kaljenju.


7/142

Na rezultate cementacije (dubina naugljenifienog sloja, stepen zasićenja ugljikom,raspored koncentracije ugljika po dubini sloja, a u vezi s tim raspored tvrdoće po dubini

sloja posle kaljenja) utiču osim vrste procesa, aktivnost sredstva za naugljeničenje, tetemperatura i vreme trajanja procesa. Pri tome Sto je vi§a temperatura procesa i što je duževreme trajanja to je veća dubina naugljeničenog sloja. Posebno veliki uticaj na dubinunaugljeničenog sloja pokazuje temperatura procesa, što se praktično koristi za ubrzanje

procesa naugljeničenja SLIKA 1.

SUKA I

h [mm] 2.0, —

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

TChl

Delovi predviđeni za cementaciju obradeni su gotovo definitivno i po obliku i pomeri, jer se tvrdi površinski sloj posle cementacije i kaljenja ne može obradjivatiuobičajenim- standardnim alatima za obradu, već se koriste posebni alati veoma veiiketvrdoće. Eventualne deformacije komada i promene dimenzija koje se javljaju poslekaljenja mogu se ispraviti jedino brušenjem. Za obradu cementiranih delova je međutimvažno da se komad može mehanički obradivati npr. rezanjem, posle cementacija, a prekaljenja.

Postupci cementacije se dele u tri osnovne grupe, prema agregatnom stanjusredstva za naugljeničenja i to na :

1. Naugljeničenje u čvrstim sredstvima2. Naugljeničenje u tečnim sredst vima (cementacija u sonim kupatilima)

3. Naugljeničenje u gasovitim sredstvima (gasna cementacija)

U daljem tekstu ćemo se detaljnije upoznati sa svakim od navedenih postupakacementacije.

1. Cementacija u čvrstim sredstvima je najstariji postupak cementacije i još se primenj uje u in dustri jskoj proizvod nji uprk os brojni m manama. Cementacija u čvrstimsredstvima izvodi se putem zagrevanja ČeliČnih komada u čvrstom karburizatoru (sredstvuza naugljeničenj e), koji se sastoji od : ug ljenisanih materija (drveni ugalj, petrol koks,tresetni koks), aktivizator a (soli: BaC03 , NaC0 3) i vezivnog sredstva (štirak). Kodcementacije komadi se umotavaju u radnu smesu koja se sastoji od 15-30% svežeg I 70-85% upotrebljenog (starog) sredstva za naugljenčenje (karburizatora). Najveći nedostatak

4


8/142

su mu nemogućnost regulacije postupka tj. otežana kontrola dubine sloja u toku procesa,dugotrajan proces, nedovoljna tačnost procesa, te obrazovanje praSine kod pakovanja i

raspakivanja kutija u kojima se vrši naUgljeničenje čvrstim sredstvom.2. Cementacija u tečnim sredstvima ima niz prednosti u odnosu na

cementaciju u čvrstom sredstvu, ali je pogodna samo za male dubine cementacije. Dakle,cementacija u tečnim sredstvima ostvaruje se zagrevanjem čeličnih delova u kadama, kojese sastoje od smese rastopljenih soli u čiji sastav ulaze : soii za naugljeničenje (pre svega

NaCN ili SiC), soli kao aktiviza tori (BaC12) i neutr alne soli (NaCl, Na2C03) . Procescementacije u rastvorima odlikuje se povećanom moći naugljeničenja (u rastvorima sa

NaCN), ravnomemoš ću zagrevanja komada, lakim os tvarivanjem direktnog kaljenja (sa podhlađivanjem ili bez njega) i smanjiva njem deformac ije komada koji su podvrgnutiovom procesu cementacije.

3. Cementacija u gasovitim sredstvima obavlja se pri zagrevanju čeličnihkomada u gasnoj sredini koja sadrži : aktivno-naugljenišuće komponente gasa (metan-CH4, ugljen monoksid - CO, nezasićeni ugljovodonici - CnH2n). Cementacija u gasnimsredstvima je teoretski najbolje izučena i ostvarena je velika mogućnost automatskogupravljanja. Takođe je najmanji utrošak rada na pripremama za cementaciju, pored togalako je moguće regulisati dubinu cementiranog sloja, kao i raspored sadržaja ugljika ucementiranom sloju. Pored svega manji su i toplotni naponi u komadima, a zbogravnomernog zagrevanja atmosferom koja je u prinudnoj cirkulaciji, manje je njihovodeformisanje, takoder najpovoljnija je mogućnost direktnog kaljenja. Na kraju moguće jerealizovati mehanizaciju i automatizaciju samog procesa i rešenje kontinualnog liniskog

procesa.

Iako se gasna cementacija primenjuje u industrijskoj praksi već duže vreme, naglirazvoj ove tehnologije cementacije je usledio zadnjih godina, kada su se počeli uspešno

primenjivati sistemi automatske kontrole i r egulacije sastava gasne atmosfere. Time seosigurava ugljenični potencijal u uskim granicama i na taj način su ujednačeni uslovinaugljeničenja. Zbog mogućnosti kontrole, gasna cementacija je dobila naziv cementacijau kontrolisanim aktivnim atmosferama. Nedostaci ovog vida cementacije su skupo ikomplikovano postrojenje koje je isplativo samo u serijskoj proizvodnji, osoblje koje radina uređaima treba da je kvalifikovano za taj posao, teže je održavanje postrojenja a

naročito njegova hermetičnost, pa su stoga komplikovani i zahtevi za tehničku zaštituovakvog pogon.

Razlikujemo dve grupe Čelika za cementaciju :

1. Nelegirani (ugljenični čelici za cementaciju)2. Legirani čelici za cementaciju

1.3. UGLJENIČNI ČELICI ZA CEMENTACIJU

Našim standardom JUS C.B9.020 utvrđeno je pet ugljeničnih Čelika za cementacijusa sledećim hemijskim sastavom :


9/142

TABELA 2

1 Vrsta1 čelika %C % Si % Mn 1 % P max % S max

1 Č. 1120 0,06-0,12 0,15-0,35 0,25 — 0,50 0,045 0,045 I

1 Č. 1121 0,06-0,12 0,15-0,35 0,25 — 0,50 0,035 0,035 4

Č. 1220 0,12-0,18 0,15-0,35 0,25-0,50 0,045•

0,045

Č. 1221 0,12-0,18 0,15-0,35 0,25 — 0,50 0,035 0,035

Č. 1281 0,12-0,18 0,15-0,35 0,30-0,60 0,035 0,02 - 0,035

Od ovih čelika, čelike Č. 1120 i Č. 1220 nazivamo kvalitetni ugljenični čelici,dok čelike Č. 1121, Č. 1221 i Č. 1281 nazivamo plemeniti ugljenični čelici. Plemenitiugljenični čelici se razlikuju od kvalitetnih po večoj čistoći, većoj jednolikosti te višojkontrakciji koja je također pokazatelj žilavosti određenog čelika.

Čistiji kvalitet čelika (oni čija se standardna oznaka završava sa 1) skuplji su, aosnovna im je prednost da su finije i ravnomernije raspoređeni nemetalni uključci, štodaje bolje mehaničke osobine, posebno bolju površinu poslje obrade. S obzirom na gorenavedeno za ove čelike se odlučuje kod viših mehaničkih osobina i zahtijeva da površinekomada budu dobre (bregaste osovine, zavojna vretena brusilica, osovina klipa itd.).

Ako su mašinski dijelovi opterećeni uglavnom na trošenje (habanje), a nije potrebna naroči ta žilavost jezgra onda se preporučuju nelegirani čelicl

Čeiici navedeni u tabeii imaju malu prokaljivost, pa se mogu primenjivati koddelova malih dimenzija. Zbog velike kritične brzine hlađenja, deformacije pri kaljenju sunajveće. Jezgra komada izrađenih od ugljeničnih čelika za cementaciju imaju malučvrstoću, pa se ugljenični čelici za cementaciju mogu primenjivati samo kod manjihopterećenja, odnosno mirnih opterećenja kada delovi nisu opterećeni udamim silama ili

trpe dinamičko opterećenj e. Znači, primenjuj u se onda kad se od komada prvenstvenozahteva otpomost na habanje, kao i male deformacije komada pri kaljenju.

Tvrdoća koja se dostiže kod ovih čelika može biti posle cementacije i kaljenja 60-65 HRC, ali prekoračenje tvrdoće od 60 HRC nema svrhe, jer se na višim tvrdoćamasmanjuje otpomost na habanje, dok su mehaničke osobine jezgra komada poslecementacije i kaljenja relativno niske, a zbog male prokaljivosti čelika veoma su zavisneod dimenzije komada. Primena tehnologije rezanja ugljeničnih čelika za cementaciju umeko žarenom stanju je dosta loša, jer dolazi do klizanja noža i nastaju loše obrađene

površine. Za dobru obradu rezanj em povol jno je normaiizovano stanje ili čak pobolj šanostanje tretiranog komada.

6


10/142

Ugljenični čelici za cementaciju primenjuju se u proizvodnji aparata i mašina zamanje opterećene delove koji treba da budu otporni na habanje (HRC do 60), ali su presvega maiih dimenzija (delovi pisaćih i šivaćih mašina, računarskih mašina, manje

poluge, ručice, rukavci, zglobovi, vretena, osovinice klipa, čepovi, čaure...).

1.4. LEGERANI ČELICI ZA CEMENTACIJU

Kada se u čelik dodavaju legirajući elementi onda to ima za cilj promenutehnoloških osobina jezgra dotičnog komada, aii tako dodati elementi će imati uticaj i naosobine površinskog - cementir anog sloja. Glavni raziog dodavanja legirajućih elemenatačeliku za cementaciju jeste površinska prokaljivost čelika, što kao krajnji rezultat daje:

1. Mogućnost korišćenja blažeg sredstva za hiadenje pri kaljenju kao što su ulje ilivazduh umesto vode čime se smanjuje opasnost od deformisanja i pojave pukotina, štoomogućuje primenu postupka i kod komplikovanijih komada i komada nepovoljnihobiika.

2. Primenu cementacije i kod komada sa većim poprečnim presecima, uz jedanzahtev, a to je da jezgra ima visoke mehaničke osobine.

Osim povećanja prokaijivosti, legirajući elementi mogu uticati i na drugetehnološke osobine (sklonost ka obrazovanju krupnozrnatog austenita, pojava otpusnekrtosti itd.). Sto se tiče tvrdoće cementiranog sloja, legirajući elementi imaju sasvim maiidirektan utica j iz prostog razloga što tvrdoća uglavnom zavisi od postotka sadržajaugljika C. Oni samo olakšavaju postizanje ove tvrdoće, pre svega značajnim smanjenjemkritične brzine hlađenja. Drugi pozitivan uticaj legirajući elementi imaju na stabilizacijutvrdoće kaljenog sloja od efekata otpuštanja, što je važna osobina ako su radnetemperature komada više od sobne. U ovom smislu deluju pozitivno svi legirajućielementi i mogu se rangirati po rastućem intenzitetu ovog dejstva prema sledećem : Ni ,Mn, Co, W, Mo, Si, V, Ti, Cr. Od legirajućih elemenata koji povećavaju otpomost nahabanje i čvrstoću najvažniji je hrom, koji ovo dejstvo ima najviše od 1,5 - 2,0%. Večakoličina hroma smanjuje čvrstoću i otpomost na habanje zbog veoma uvećane količine ikmpnoće karbida.

Naugljeničenju potpomažu gotovo svi legirajući elementi sposobni da obrazujukarbide sa sledećim redosiedom po rastućem dejstvu : W, Mo, Co, Cr, Ti. Sa dmge straneeiementi Si, Ni i Mn k oče proces nauglje ničenja , a ako se nalaze u većoj količini moguga sasvim sprečiti. Legirajući elementi koji obrazuju postojane karbide što ne prelaze urastvor na temperaturi kaljenja, povećavaju otpomost na habanje, a dehiju i protivobrazovanja kmpnozmate strukture. Ovakvo dejstvo imaju titan i cirkonijum.

Svi legrajući elementi uvećavaju koiičinu preostalog austenita u kaljenomcementiranom sloju, što smanjuje tvrdoću i otpomost na habanje, ali može biti toierisanokada nam je potrebna povećana dinamička čvrstoća. Ako kod legiranih čelika zacementaciju imamo zahtev za velikom površinskom tvrdoćom, na takvim čelicima semora posle postupka kaijenja primeniti duboko hlađenje SLIKA 2.


11/142

SLIKA 2

Tfcj A

Postupkom dubokog hladenja postižemo da se odstrane uvećane količine preostalog austenita i to na temperaturama ispod temperature završetka martenzitnetransformacije.

Obrada na temperaturi ispod nule je proces termičke obrade prethodno kaljenogčelika. Dakle, proces je unapred odreden za najpotpuniju transformaciju zaostalogaustenita u martenzit sa ciljem povećanja tvrdoće i otpomosti na habanje komada, atakode i na stabilizaciju dimenzija preciznih deiova.

Prema iegirajućim eiementima legirani čeiici za cementaciju mogu se podeliti nasljedeće grup e:

1. Hromne čelike za cementiranje2. Niklove če like za cementiranje3. Hromno - manganske čelike za cementiranje4. Hrom - mangan - molibdenske čelik e za cementiranje5. Hrom - niklove če like za cementiranje6. Hrom - mangan - titanove čelike za cementiranje7. Hrom - mangan - borne čelike za cementiranje

Naši ti pski predstavn ici u ovom radu, a njih je sedam izradeni su od tri vrste čelika

ito:

Č. 4320Č. 4321Č. 4721

te ćemo se u daljnjem tekstu pozabaviti tehničko - tehnološkim karakteristikama svakogod njih.

8


12/142

1.4.1. Hrom — manganski [Cr — Mn] čelici za cementaciju

Ovi čelici su prema JUS-u zastupijeni sa dve klase čiji je hemijski sastav dat usljedećoj tabeki:

TABELA 3

Č. 4320 Č.4321

% c 0,14-0,19 0,17^0,22

% Si 0,15-0,35 0,15-0,35

% Mn 1,0-1,3 1,1-1,4

% Cr 0,8-1,1 1,0-: 1,3 1

% P max 0,15-0,35 0,15-0,35

% S max 0,15-0,35 0,15-0,35

Kod čelika Č. 4320 i Č. 4321 mangan slično kao i nikl smanjuju opasnost odsuviše intenzivnog dejstva naugljeničenja koje ima hrom. Dodatak hroma u čelik zacementaciju omogućava se pre svega povišenje prokaljivosti. Dobra prokaljivost takođe jeveoma važna karakteristika ovih čelika, pa nakon odgovarajuće termičke obrade njegova

jezgra ostaje vrlo žilava, a da pri tom čvrstoća i tvrdoća nisu značajno porasli. Kod manjihdimenzija povisi se i čvrstoća i granica razvlačenja.

Mangan ima i dosta nepovoljnih dejstava kod ovih čelika. Podpomaže povećanju

koiičine zaostalog austenita u cementiranom sloju, a potpomaže i nastajanje slojevitekristaiizacije cementirane zone, što je čini nehomogenom. Takoder povećava i sklonost kaobrazovanju kmpnog zraa.

Oba čeiika su dobro obradiva rezanjem i u meko žarenom stanju, ali je loš kvalitetobradene površine. Oni su ujedno jeftiniji od ostalih dvojno legiranih čelika zacementaciju. Primenjuju se kod manjih dinamičkih opterećenja i manjih zahteva zaotpomošću na habanje i to kod : maiih zupčanika, osovina, bregastih osovina, puževa,vratila i razni sitnijih delova mašina i vozila. Pri ovome treba imati u vidu i oblast primene prema dimenzijama komada. Promer, odnosno debljina zida gotovih delova ne bismela znatoo prekoračiti 60mm, ako se još žele dobiti dobra svojstva jezgra komada.

Najbolj a svojstva obradivosti skidanjem stmgotine dobivaju se kad materijal imaferitno - perlitnu stmktum. Ovi tipovi čelka za cementaciju nisu predviđeni zazavarivanje, osim u nekim (specifičnim) slučajevima.


13/142

Uz sve navedene sličnosti, ipak čelik Č. 4321 ima kvalitetnije karakteristike odČelika Č.4320 po više promatranih parametara, kao što je već rečeno čistiji kvalitet elika

je onaj čija se standardna oznaka završava sa 1.

1.4.2. Hrom — molibdenski [Cr — Mo] čelici za cementaciju

Imamo dva predstavnika, a za ovaj Diplomski rad je interesantan Č. 4721 sasledećim hemijskim sastavom :

TABELA 4

pi| Č. 4721%C 0,18-0,23

% Si 0;lf5 0>,35

% Mn 0,9-1 ,2

% Cr U - 1 , 4

%Mo 0,2-0,3

% P max 0,035

% S max 0,035

Kod hrom - molibdenovih čelika, sa povećanim sadržaja mangana, molibden

povećava ži lavost u većoj meri nego nikl. Isto tako je efi kasniji od nikla u kočenj u dejstvahroma od prenaugljeničenja a nasuprot niklu potpomaže difuziju ugljika. Nedostataklegiranja molibdenom je u tome što zbog male količine nema skoro nikakav uticaj na

prokaljivost. Nako n pravil no izv edene termič ke obrad e ovaj čelik dobiva visok u čvrstoću jezgre,

vrio dobru žilavost i otpomost prema habanju, te dinamičku izdrživost.Ovaj čeiik se dobro obrađiva rezanjem u meko žarenom i normalnom stanju.

Brušenje je moguće ukoliko je tvrdoća ispod 62 HRC. Obradivost skidanjem stmgotine jenajbolja kod feritno - periitne stmkture. Ovaj :čeiik se može zavarivati svim postupcima.

Hrom - molibdenovi Čeiici se upotrebljavaju za mašinske delove, koji su izloženiudamim opterećenjima i kod kojih mora osim jezgre pokazivati određenu žilavost i samacementirana površina.


14/142

Čelik Č.4721 primenjuje se za : radilice, klinove, zupčanike, osovine, osovine sanavojem, uz uvjet da presek u promeru ili debljina zida značajno ne premašuje 60 mm.

1.5. VRST E PROCESA TERMI ČKE OBRADE

Proces tenničke ili hemijsko - termičke obrade čelika, sastoji se iz tri uzastopna procesa i t o:

1 Zagrevanje do određene temperature, određenom brzinom2. Zadržavanje na toj temperaturi određeno, odnosno potrebno vreme3. Hiadenje komada potrebnom brzinom, da bi smo dobiii željena svojstva

neophodna za ek sploataciju

Promenom ova tri parametra određuju se različita svojstva čelika. Procesimatermičke obrade daju se čeličnim komadima potrebna svojstva (koja od njih tražekonstruktori) i to samo delimično ili po celom presjeku komada.

Procesi koji se obavljaju uz difuzno zasićivanje površine čelika raziičitimelementima, i dovode do promene hemijskog sastava površinskog sloja čeličnih komada,nazvijaju se hemijsko - termička obrada. U ovu gmpu procesa ubrajaju se : cementacija,nitriranje, cijanizacija.

Pri hemijsko - termičkoj obradi zagrevanje, zadržavanje i hlađenje čeiika ostvamjese u aktivnoj sredini određenog sastava, gde se površina čeiika zasićuje različitimiegirajućim eiementima.

Na osnovu zahteva navedenih u tehničko j dokumentaci ji, za dati proizvodni program, pr imenit ć emo sledeće vrs te termi čke obrade :

1. Cementacija2. Kaljenje3. Otpuštanje

1.5.1. Cementacija

Cementacija kao tehnologija termičke obrade je podrobno opisana u poglavlju 1.2."ČELICI ZA CEMENTACIJU I OSNOVE POSTUPKA CEMENTACIJE", a ovde ćemosamo ukratko, odnosno sažeto navesti neke njene najvažnije karakteristike.

Cementacija (naugljeničenje) je proces hemijsko - termičke obrade, kojiobezbjeđuje zasićivanje površinskog sioja čelika ugljikom da bi se posle termičke obrade(kaljenja i niskog otpušt anja) naugljeničeni h deiova povećala tvrd oća i zatezna čvrstoća

površinskog sloja te otpomost na h abanje i otpomost n a zamor.Cementacija se sastoji u zagrevanju čeličnih komada do temperature obično 900-

950°C u naugijenišućoj sredini, zadržavanje u toj sredini na datoj temperaturi određenovreme neophodno za dobijanje potrebne dubine naugljeničenog sloja, a zatim lagano ili brzo hiadenje, zavi sno od strukture koj u želimo dobiti na kraju postupka.

11


15/142

Na rezultate cementacije (dubina naugljeničenog sloja, stepen zasićenja ugljikom,raspored koncentracije ugijika po dubini sloja, a u vezi sa tim raspored tvrdoće po dubini

sloja posle kaljenja) utiču (osim vrste procesa) aktivnost karburizatora tj. sredstva zanaugljeničenje, temperatura i vreme trajanja procesa. Pri tome što je viša temperatura procesa i što je duže vreme tra janja, t o je veća dubina naugljeničenog sloja.

Posebno veliki uticaj na dubinu naugljeničenog sloja pokazuje temperatura procesa, što se praktično koristi za ubrzavanje procesa naugljeniče nja.

Cementaciji se podvrgavaju zupčanici, klipne osovinice, bregaste osovine, vretenamenjača, vretena mašina alatki, poluge, valjci, čaure i drugi delovi izrađeni od ugljeničnihi legiranih čeiika sa sadržajem ugljenika do 0,35%.

Potrebno je naglasiti da je priprema komada za cementaciju gotovo ista kod svihvidova cementacije. Površinsko čišćenje komada pre cementacije (uklanjanje ulja, oksidaitd.), iako uvećava troškove proizvodnje, ima smisla. Obično se tvrdi da prisustvouobičajene prljavštine na površini komada nema uticaj na dubinu cementiranog sloja iliniju rasporeda ugljika, ali je sasvim sigumo da prljavština može izazvati hrapavost

površine ili njenu oksidaciju. Stoga je čišćenje površine komada pre cementacije znakvisoke tehnološke kulture proizvodnje.

Postupci cementacije se dele u tri osnovne grupe, prema agregatnom stanjusredstva za naugljeničenje i to na :

1. Naugljeničenje u čvrstvim sredstvima2. Naugljeničenje u tečnim sredstvima (cementacija u sonim kupatilima)3. Naugljeničenje u gasovitim sredstvima (gasna cementacija)

1.5.1.1. Termička obrada poslje cementacije

Posle naugljeničenja izvodi se kaljenje u cilju postizanja martenzitne strukture ivisoke tvrdoće površinskog sloja. U praksi se primenjuje više vrsta termičke obrade poslenaugljenič enja, zavisno od specifičn osti zahteva. Na izbor postupka termičke obradeutiču zahtevi za struktume i mehaničke osobine komada, vrsta Čelika i vrsta raspoloživeopreme za termičku obradu.

Termička obrada posle naugljeničenja nije jednostavan proces iz prostog razlogašto se u naugljeničenom sloju ravnomemo menja sadržaj ugljika od površine prema

jezgru, što ima za posledicu različiti tok struktumih promena u pojedinim delovimacementiranog sloja. Dakle teškoće kod termičke obrade cementiranih djelova posljecementacije su sljedeće:

1. Raznorodnost čelika u pogledu sadržaja ugljika C, koji je najveći na površini iiznosi oko 1% da bi prema jezgru komada opadao i došao na vrednost od 0,1 do 0,3% štootežava izbor pravilne temperature kaljenja.

2. Uvećana krupnoća zma (naročito u jezgru komada) koja treba da se ispravi pogodnom termičkom obradom, naročito kod visoko opterećenih djelova.

U literaturi se navodi, a u praksi koristi veliki broj raziičitih postupaka termičkeobrade posle cementacije. Na SLICI3 navedeni su postupci termičke obrade, sa prikazomtoka i nazivima postupaka, nakon naugljeničavanja komada.

12


16/142

SLIKA .

Tfcr

I

acj j»iss

" AC3 nib

" ̂ Oninl

1. Direktno kaljenje

i H

2.

TCC]

ÛCminl

2. Jednostruko kaljenje nakon ohlađivanja - poslje naugijem enj

AC3 nib

3.

3. Jednostruko kaljenje nakon međužarenja1 A Gg jttgra

TC*C] 7*" — T

4.

AC3 rub

TC'C]

4. Jednostruko kaljenje nakon izotermičkog preobražajaA C3 jezgfo

5.

5. Dvostruko kaljenje - Prvo kaljenje direktno nakon naugljeničenja

Prikazane sheme predstavljaju najviše upotrebljavane postupke termičke obrade u praksi, ali su moguće i druge kombi nacije s obzirom na međužarenje, odnosno kaijenje


17/142

Dijag ram rav notežn og stanja Fe - C


18/142

1.5.2. Kaljenje

Kaljenje čelika je proces termičke obrade, koji se sastoji iz zagrevanja čelika natemperaturi 30-50°C iznad kritične temperature preobražaja - linije A 3 u Fe-C dijagramuza podeutektoidne čelike ili 30-50°C iznad linije Ai kod eutektoidnih i nadeutektoidnihčelika, zadržavanja na toj temperaturi određeno vreme, a zatim brzo hlađene u sredstvu zahlađenje (voda, ulje, vazduh, rastvori soli...) radi dobivanja pre svega martenzitnestrukture. Na taj način se pretvara austenit (čvrst rastvor) u martenzit (prezasićen čvrstrastvor ugijika u željezu) SLIKA 4. Hlađenje iz po dručja austenita mora biti toliko brzo dase onemogući preobražaj u periitnom i beinitnom području. Osnovni cilj kaljenja je

povećanje tvrdoće. Obično se smatra da količina preostalog austenita nakon kaljenja d o15% nema negativan uticaj na dinamičku čvrstoću, ali da svako povećanje količine

preostalog austenita za 1% dovodi približno do pada dinamičke čvrstoće za oko 1%.Drugo iskustvo pokazuje da ako imamo 20 do 60% preostalog austenita nakon postupkatermičke obrade kaijenjem onda nam se smanjuje dinamička čvrstoća za 15 do 20%.Treće iskustvo nam ukazuje na manje smanjenje dinamičke čvrstoće radi preostalogaustenita kod manjih dubina cementacije, od 0,5 do 0,6 mm, a ako su dubine veće onda jeveći i uticaj.

Dakle, kaljenje je samo jedna operacija termičke obrade iza koje uvek dolaze idruge, na primer kao što je već rečeno: otpuštanje, staren je, te obrada na temperaturi ispodnule.

SLIK 4


19/142

Prema načinu hlađenja, proces kaljenja se može izvesti na više načina. Najprostiji

način kaljenja je kaljenje sa kontinualnim hlađenjem tj. obično kaljenje. Proces se odvijatako što se radni predmet (komad) zagreje na temperaturu kaljenja, to jest temperaturu preobražaja, drži izvesno vreme na njoj, a zatim ohladi u rashladnom sredstvu dotemperature istog. Ovaj način kaljenja je naročito pogodan za mehanizovane iautomatizovane procese (kod jednostavnih oblika predmeta), te kod čelika koji nisu

previše osetijivi na toplinske napone. Ovaj način kaljenja je prikazan na SLICI5.

SLIKA5

Kod čelika sa velikom kritičnom brzinom hlađenja postoji opasnost nastajanjaveiikih toplotnih napona (to se odnosi na komade komplikovanijeg, odnosno složenijegoblika), pa se radi toga primenjuje kaljenje u dve sredine. Ovaj postupak kaljenja je

prikazanna SLICI6.

SLIKA 6

15


20/142

Do linije Mp tj. temperature martenzitne transformacije, hlađenje možemo vršiti u

oštr om rashladnom sredstvu. U ovome delu, zbog velike žilavosti i maie čvrstoćeaustenita ne postoji opasnost od dejstva topiotnih napona, jer se višak istih oslobodi krozlokalnu plastičnu deformaciju. Ovaj deo hlađenja se vrši kao što smo rekli u oštromrashladnom sredstvu, kao što je npr. voda. Kada počinje martenzitna transformacija naliniji Mp i kada postoji opasnost od dejstva toplotnih napona, hlađenje ćemo nastaviti u

blažem rashladnom sredstvu kao što je npr. ulje. Nedostatak kaljenja u dve sredine je utome, što je na kraju brzog hlađenja nastala temperatuma razlika na samom komadu, i utakvom stanju otpočinje martenzitna transformacija.

Ovaj postupak kaljenja je dosta komplikovan, iz prostog razloga što je vremehlađenja kratko, a moramo u tačno određenom trenutku promeniti sredstvo za hlađenje,što zahteva dobm obučenost radnika koji to rade te veoma savestan rad.

Od ovakvog kaljenja povoljnije je stepenasto kaljenje SLIKA 7 koje se obavlja saizotermnim nastajanjem martenzita. Temperatura izoterme se uzima obično nešto iznadtemperature početka martenzitne transformacije.

Kod čelika za cementaciju koji su mal'e prokaijivosti, stepenasto kaijenje jemoguće samo za cementirani sloj. Kada je potrebno postići malu tvrdoću i povećanužilavost primenjuje se izotermno kaljenje SLIKA 8. Izotermno kaljenje se obavija uoblasti donjeg beinita, pri čemu se vreme zadržavanja u kupatilu produžava sve do krajatransformacije austenita. Ovde doiazi do transformacije u donji igličasti beinit, a ne domartenzitne transformacije, zbog preobražaja iznad linije Mp, posle čega nije potrebnoniskotemperaturno otpuštanje.

Ovaj način kaljenja je pogodan za komade kod kojih je potrebno postići manjutvrdoću, a povećanu žilavost. Koristi se za kaljenje sitnih delova i delova koji imajukomplikovaniji oblik.

SLIKA 7

T[°C]A

o


21/142

SLIKA8

Temperatura kaljenja, kao i vreme zadržavanja na toj temperaturi se bira uzavisnosti od veličine i oblika komada, kao i od vrste čelika. Veći komadi duže sezadržavaju na temperaturi kaljenja i obmuto. Temperatura kaljenja ima veliki uticaj nastepen deformacije čeličnih komada. Povišenje temperature kaijenja dovodi do rasta zmaaustenita i radi toga do većih naprezanja pri kaljenju, koja povećavaju deformacijučeiičnih komada. Termička obrada u najvećem broju siučajeva dovodi do promijenedimenzija i oblika dijelova koji se termički obraduju. Zbog toga uvijek kada moramo daobezbjedimo veliku tačnost dijelova treba da preduzmemo posebne mijere. Imamo dvanačina za otklanjanje netačnosti dimenzija i oblika komada koji nastanu u procesutermičke obrade. Prvi način je da se poslje termičke obrade koja je uzrok netačnosti, nakomadu obavi finalna obrada skidanjem stmgotine i drugi način je da se finalna obradaobavi prije termičke obrade, a da se za vreme kritične faze u termičkoj obradi preduzmusve potrebne mijere da promijena dimenzija i obiika tretiranog komada ostane udozvoljenim granicama. Ako termičku obradu uzmemo kao finabu tj. završnu operaciju u procesu o nda nam to podrazumijev a da izaberemo odgovarajući - adekvatni čelik, da pravilno kontrol išemo komad za obradu kao i da pravilno izaberemo sam proces tenničke

obrade. Ovo sve možemo samo ako dobro poznajemo "zakon" promijene oblika idimenzija do kojih dolazi na osnovu odabranih polaznih parametara. Danas međutimimamo jako puno uticajnih faktora, te zbog velikog nepoznavanja njihovog dejstva nadeformisanje imamo veliko "rasipanje" promijena dimenzija i obiika, te je to jedan odosnovnih razloga što se danas sve više koriste statističke metode u obradi rezultata tihuticaja. Radi svega gore navedenog imamo da je usvajanjem termičke obrade kao završneoperacije, rezultiraio uvećanjem škarta, pa je to postalo prije svega ekonomsko pitanje

proizvodnje.

Netačnosti kod komada poslje termičke obrade mogu se ispoljavati u dva oblika:

1. Promijena dimenzija pod čim podrazumijevamo porast ili skraćenje debljineodnosno prečnika komada

2. Promijene uglova komada koja se javlja kod krivljenja ili vitoperenja dijela


22/142

Promijene dimenzija mogu biti reverzibilne I ireverzibilne !

Generalno giedano uzroci svih promijena dimenzija i oblika su razne vrste napona bez obzira na njihovo porij eklo (toplotai, zapreminski, sopstvena težina...).

Poznavanje nastajanja netačnosti kao i njene same veličine omogućuje nam daizaberemo neku alternativu prema kojoj bi termička obrada bila završna operacija, aii jeovo poznavanje isto tako potrebno i u slučaju kada poslje termičke obrade dolazi jošobrada skidanjem strugotine, jer onda možemo odrediti veličinu dodatka za tu obradu.Dodatak za obradu ima specifičan značaj u slučaju površinskog ojačvanja jer se kodvelike deformacije, a naročito u siučaju krivljenja tj. vitoperenja može dogoditi da sezavršnom obradom osiabi ili čak potpuno skine ojačani sloj komada.

Temperatura kaljenja zavisi i od rashladnog sredstva koje se koristi. Kod čeiikakoji se kale u vodi , bira se temperatura kaljenja za 20-30°C niža nego za kaljenje u ulju.

Od najčesće korišćenih sredstava za kaljenje najoštriji je vodeni rastvor sa 8-10% NaOH i 5-10% NaCl. Važno je napomenuti osnovno pravilo, d a nikad ne smemo kalitičelik u oštrijem sredstvu od onog koje je stvarno potrebno. Voda iz vodovodne mrežesadrži u sebi gasove (kiseonik i azot) koji pospešuju stvaranje parnog omotača nakaljenom komadu, koji deluje kao izolator kod odvođenja toplote, tako da se naročito kodugljeničnih čelika javljaju neka tamna mesta (flekanost) nakon kaijenja. Kao što je

pomenuto vodi se dod aje NaO H i NaCl, te se tako povećava sposobnost primanja većekoličine toplote, zahvaijujući povišenoj temperaturi isparavanja i razaranju pamogomotača. U vodi se uglavnom kale nelegirani i neki niskolegirani čelici. Vazduh je blažerashladno sredstvo i koristi se pri kaljenju visokolegiranih i brzoreznih čelika.

Prema intenzitetu hlađenja redosled sredstva za kaljenje bi bio približno sledeći:

1. Miran vazduh2. Voda (80-100 °C)3. Čelične čeljusti4. Komprimovani vazduh5. Ulje6. Zasićen rastvorsoli (80-200 °C)7. Emulzija sa sadržajem ulja od oko 10%8. Voda od 20°C

9. Ledeno- hladna voda10. R astvor soli u vodi (10% NaCI i 10% NaOH)

Kao sredstvo u kojem ćemo kaliti naše radne komade odabrali smo ulje za kaljenjeHRT 38. Ovo ulje za kaijenje je otpomo na soli iz sone kupke i vrlo je otpomo na processtarenja. Sastavljeno je na mineralnoj osnovi sa odgovarajućim dodatcima, veoma je tečnotako da se j ako malo zadrži na alatu, što znači da je pri korištenju jako mala potrošnja.

Kod uvog u ija ne dolazi do saponifikacije usljed unošenja soli sa cijanidima ili bezcijanida. Ravn omijemo je zakaljivanj e bez mekih mijesta, a također imamo i veoma Čistu

površinu nakon zakaljivanja iz sonih kupki. Također smanjeno je vitoperenje prizakaljivanju.


23/142

Trebamo upotrebljavati dovoljno velike posude za ulje po mogućnosti sa uređajem2a cirkulaciju ulja i uređajem za hladenje, na ovaj se način izbijegava pregrijavanje uljalcoje dovodi do prijevremenog starenja ulja. Da bi uljna kupka radila besprekomo trebaredovno čistiti posudu od taloga kao što su mulj, zaostatci soli, okaline itd.

Tahničke karakteristike ulja za kaljenje HRT 38:

Gustoća: 0,89 g/cm1 pri 20"CViskozitet pri 50°C: 2,2-3,0 "ETačka skrućivanja: - 10"C

Plamtište: 175 - 200°CSadržaj vode : ispod 0,05%

Broj neutralizacije: 0,5 mg KOH/g Rakcija prema unitest papiru (pHpapiru) : neutralna

1.5.3. Otpuštanje

Otpuštanje je proces termičke obrade koji dolazi posle kaljenja čelika. Strukturačelika se posle kaljenja sastoji iz martenzita i preostalog austenita, te se ovim postupkomobezbeđuje dobijanje ravnomemijih struktura u komadu kojeg obrađujemo ovim

postupkom termičke obrade. Postoji priro dna težnja i jedne i druge komponente (austenitai martenzita) da pređu u stabilnije oblike, sa nižim energetskim nivoom. Da bi se ovoostvarilo kaljeni čelik se zagreva na neku višu temperaturu na kojoj će se omogućitidifuzioni procesi, pa će doći do raspada kaljene strukture. Dakle, proces se obavlja putemzagrevanja čelika, do temperature ispod intervala preobražaja, to jest linije Ai, držanja natoj temperaturi kraće vreme, a zatim ostavljanje predmeta na vazduhu ill nekom drugomsredstvu da se ohladi.

Otpuštanje se obavlja sa ciljem povećanja žilavosti, smanjenja unutrašnjih naponai krtosti, te poboljšanja obradivosti rezanjem. Dijagram režima kaljenja sa otpuštanjem

prikaza njena SLICI9.

SLIKA9


24/142

Prema visini temperature, otpuštanje se deli na :1. Niskotemperaturno otpuštanje2. Srednjetemperaturno otpuštanje3. Visokotemperaturno otpuštanje

U narednim poglavljima ćemo se detaljnije upoznati sa sve tri navedene vrsteotpuštanja.

1.5.3.1. Niskotemperaturno otpuštanje

Niskotemperaturno otpuštanje se primenjuje kod čelika koji se površinskiotvrdnjavaju (cementacija, kaljene). Prilikom kaljenja u naugijeničenom sloju nastajetetragonalni martenzit. Usled unutrašnjih naprezanja u cementiranom čeliku postojiopasnost nastanka defekata, pa se posle kaijenja obavezno vrši niskotemperatumootpuštanje u sonim kupatilima ili jamskim odnosno komomim pećima, sa prinudnomcirkulacijom vazduha. Pri tome doiazi do pretvaranja tetragonainog u kubni martenzit , a

posledica je pad tvrdoće tret iranog komad a što se mo že uočiti i na SLICI10.

SLIKA 10


25/142

Niskotemperaturno otpuStanje je zagrevanje prethodno kaljenog čelika dotemperature u intervalu 140-230°C, a u većini slučajeva se ne ide preko 200°C, zbogopasnosti od pojave "otpusne krtosti", zadržavanje na toj temperaturi i hlađenje makojom brzinom, sa ciljem smanjenja unutrašnjih napona i zadržavanje visokih vrednostitvrdoće, granice čvrstoće i razvlačenja, sa opadanjem vrednosti žilavosti. Osnovnastruktura Čelika posle otpuštanja je otpušteni martenzit. Zagrevanje na temperaturuotpuštanja mora biti iagano i ravnomerno, mereno po čitavom preseku, i mora se izvršitiodmah po kaljenju. Proces otpuštanja zavisi od temperature i trajanja otpuštanja Što je

prikazano na SLICI 9. Ovaj postupak se primenjuje posie kaljenja, uglavnomcementiranih, površinski kaljenih i kaljenih komada po zapremini, kao i kaljenih alata odugljeničnog i legiranog čelika.

1.5.3.2. Srednjetemperaturno otpuštanje

Srednjetemperaturno otpuštanje je zagrevanje kaljenog čelika do temperature uintervalu od 250 do 450°C, zadržavanje na toj temperaturi, i potom hiađenje. Cilj ovogotpuštanja je smanjivanje unutrašnjih naprezanja i dobivanje povećanih plastičnihsvojstava, pri većim vrednostima tvrdoće, granice čvrstoće i razvlačenja, nego privisokom otpuštanju. Primenjuje se najčešće kod opružnih delova (opruge, lisnati gibnjevi,

propusna vratila...) i sličnih predmeta.

1.5.3.3. Visokotemperaturno otpuštanje

Visokotemperaturno otpuštanje je zagrevanje kaljenog čelika do temperature iznad500°C, ali ispod Aci (obično je to u intervalu od 500 do 670°C, dakle uvek ispodtemperature preobražaja), zatim zadržavanje izvesno vreme na toj temperaturi, a ondahlađenje sa potrebnom brzinom. Hladenje sa temperature otpuštanja može biti lagano ili brzo, zavisno od sklonosti materijala ka krtosti u otpuštenom stanju (otpusna krtost).Svrha visokog otpuštanja je maksimalno povećanje plastičnih svojstava i svojstavažilavosti, sa izvesnim opadanjem tvrdoće, granice čvrstoće i razvlačenja, a takode ismanjenje unutrašnjih naprezanja.

U čeiiku se pri visokom otpuštanju ne vrši nikakav preobražaj strukture, već seotpuštaju naponi nastali kaijenjem, mehanizmom difuzije. Celik sa martenzitnomstmkturom u kaijenom stanju ima visoku tvrdoću, krtost i unutrašnje naprezanje, pa jezbog toga praktično neupotrebljiv, kako za alate, tako i za konstrukcione delove. Ovimotpuštanjem kaljenom Čeliku se smanjuju naprezanja i tvrdoća, a povećava se žilavost.Dakie, zagrevanjem čelika na temperatum otpuštanja termodinamički nestabilne kaijenestrukture se putem difiizije menjaju u stabilnu strukturu otpuštenog čelika. Zbog svegaovoga, otpuštanje se mora odmah nakon kaljenja izvršiti u Što kraćem roku. Znači da jeotpuštanje obavezan postupak termičke obrade posle kaljenja tj. " pripada kaljenju". Zbogtoga mnogi autori postupak kaljenja i otpuštanja tretiraju kao jedan postupak termičkeobrade.

21


26/142

Kod visokotemperatumog otpuštanja, otpusna krtost je posledica prisustva nekihelemenata : Sb, P, Su, As. Stepen krtosti se povećava sa povećanjem koncentracijenećistoća i produžavanjem vremena zadrž avanja u temperatumoj oblasti od 400-600°C.Krtost je posledica segregacije atoma nečistoća prema granicama prvobitnih austenitnihzma. Veću krtost pokazuju otpušteni martenzitni čelici od otpuštenih feritnih čelika. Uslučaju otpušta nja martenzitnih čelika na temperaturu 200-300°C, javlja se krtost eiji jerazlog izdvajanje cementita po granici martenzitnih piočica, koje su raspoređene dužgranice prvobimih austenimih zrna. Ova krtost se povećava u prisustvu: P, Si, N, Sb, As,Mu.

Na kraju je važno da kažemo da se otpuštanje ravna prema termometru peći ili boji predmeta kojeg termički obrađujemo. Ocenjivanje po boji se koristi tamo gde nemamo peći ili kad je predmet samo delimično kaljen.

Boje koje odgovaraju temperaturama su:

1. 220-2 30 °C - svetložuta ( boja slame )2. 240 °C- tamnožuta3. 255 °C - žuto-smeđa4. 265 °C - smeđe-crvena5. 275 °C - purpurno-crvena6. 285 °C - Ijubičasta7. 295 °C - tamnoplava8. 315°C - svetlo-plava9. 330°C - siva

1.6. SONA KUPATILA

Topla ili sona kupat ila čine rastopljene soli najčešće, aii mogu biti i lakse topivimetali npr. oiovo. U ovim sredinama se vrši zagrijavanje komada, hemisko - termičkaobrada istih ili izotermna transformacija. Proces termičke obrade čeiičnih dijelovaostvaruje se zagrija vanjem komada u kadama koje se sastoje od smijese rastopljenih soli u

čiji sastav uiaze soli za naugljeničenje ako se radi o cementaciji, tu mislimo pre svega na NaCN ili SiC.

Aktivnost sonog kupatila određuje količina npr. SiC i ta koiičina u kupatilu ne sme biti veća od 8 - 9% jer se u suprotnom na ogledalu kupatila hvata tvrda kora koja veomaotežava rad. Pored toga tu dolaze soli aktivizatori npr. BaCU te neutralne soli NaCl i

Na2C03, pri čemu kuhinjska so koči proces difuzije i radi toga je nesmije biti više od10%. Ona se dodaje u kupatilo radi sniženja tačke topljenja. Priprema jednog ovakvogsonog kupatila se vrši u dva navrata. Prvo se u lonac stavlja samo polovina neophodnekoličine predviđene soli, pa se kupatilo zagrijava na 700 do 750°C, poslje toga se stavljaostatak soli i opet zagrijava na 850 do 920°C pa se tek onda dodaje SiC (silicijum karbid),ako pri ovome dode do pjenušanja kupatila mora se smanjiti temperatura kupadla,kupatiio promiješati pa opet zagrijati. SiC se dodaje poslje svaka tri sata rada, a njegovakoličina se mora kontrolisati prije ubacivanja svake šarže čeiičnih dijelova. Utrošak sode ikuhinjske soli se kompenzira svakih 7 do 8 sati.


27/142

Zavisno od vrste procesa koji želimo da obavimo u pogonu termičke obrade tj. usonim kupatilima, razlikujemo i same soli koje nam služe u te svrhe tako da imamo npr.soli za otpuštanje, soli za žarenje, soli za kaljenje, soli za cementaciju i soli za brzorezneČelike.

Prednosti topiih kupatila u odnosu na postupke u drugim sredinama su sljedeće:

1. Raspored temperatura u toplim kupatilima je ravnomjemiji nego u običnim pećima.

2. Zagrijavanje u toplim kupatilima je znatno brze, a komadi se zagrijavaju samodo temperature rastopljenih soli, tako da ne postoji opasnost od

pregrevanja.3. Ma nja je opasnost od deformisanja za vreme zagrijavanja kompliciranijih

komada, jer se pogodnim viješanjem ono može izbjeći, a i uticaj tezine komadakojije potopljen u rastopljenu so je smanjen.

4. Oksidacija površine komada koji se obrađuju ili njegovo razugljičenje nijemoguće jer u toplim kupatilima ne postoji atmosfera.

5. Troškovi cementacije (početni-investicioni) u sonim kupatiiima su manji uodnosu na cementaciju u gasnim sredstvima, ali se vremenom ti troškoviizjednačavaju.

6. Pogodnim načinom viješanja komada moguće je samo djelimično obaviticementaciju (površine koje netreba da se cementiraju nalaze se izvan tj. iznadlonca sa rastopljenom soli te se na taj način ne naugljenišu).

7. Mogućnost održavanja tačnosti dubine cementiranog sloja čini da je postupak pogodan za cementaciju tankih dijelova, kod kojih ne sme biti cementircma jezgra komada.

8. Postoji mogućnost direktnog kaljenje.

Pored gore navedenih prednosti cementacija u tečnim sredstvima ima i svojenedostatke a oni su sljedeći:

1. Zbog isparavanja soli i stvaranja otrovnih jedinjenja potrebne su mijere zaštitena radu.

2. Samo održavanje kupa tila je skup postupak pa nekad uprkos svojim evidentnim prednostima po drugim parametrima nije ekonomski opravdano primjeniti ga.

3. Veličina komada koji se obrađuju u kupatilima ograničena je veličinom samogkupatila, koja nemogu biti velikih gabarita zbog termotehničkih razloga, stoga

je sam postupak primjenjiv samo za manje komade.4. Ovaj postupak je pogodan samo za male dubine cementacije (uob ičajene

dubine su od 0,2 do 0,5 m m, a ekstremne dubine cementacije se krecu od 0,1 pado 2 mm).

5. Brza promijena potencijala naugljeničenja i njegovo održa vanje je veomaotežano.


28/142

Za temperature do oko 950°C koriste se sona kupatila sa loncem. Lonci kojekoristimo za topljenje soli iii eventualno metala su izrađena od sivog ljeva ili od Čelika s

tim da moraju biti zaštićeni od oksidacije. Kad imamo više radne temperature kojekoristimo u procesu obrade, a pri tome imamo još i agresivne soli onda nam lonci zatopljenje trebaju biti izrađeni od hemiski postojanih čelika. Zagrijavanje lonaca se vrši

produktima sagoijevanja ili električnim otporom. Za radne temperature iznad 950 pa do1350°C nemamo lonce, a zagrijavanje se obavlja elektrodama. Prostor za topljenje je utom slučaju ozidan u obliku lonca i sa vatrostalnom oblogom obzidan, pri čemu su sameelektrode koje vrše zagrijavanje smjese potopljene u samo kupatilo tj. uronjene urastopljenu so ili metal. Same soli ili metali koje kotistimo u kupatilima treba dazadovoljav aju određene parametre da bi proces mogao n esmetano teći, ti parametri tj.zahtijevi su sljedeć i:

1. Da soli odnosno metali koje koristimo u procesu ne oksidišu i ne razugljeničuju površinu radnog odn osno tretiranog predmeta.

2. Da soli ili metali ne isparavaju na radnoj temperaturi, pogotovo ako su im parekoje se tom prilikom stvaraju otrovne.

3. Da se prilikom obrade ne Ijep e na površinu komada jer onda nagrizaju komad ikad prestane obrada tj. kad se predmeti izvade vani iz kupatila.

4. Soli odnosno metali treba da su pristupačne cijene s obzirom na postupak kojikoristimo tj. da nisu skupi o dnosno da je njihova primjena ekonomskiopravdana.

5. Sredstvo koje koristimo u kupatilu nebi trebalo da obogaćuje površinu radnogkomada azotom.

Pošto gore navedeni zahtijevi nemogu da se ispune, a da se pri tom koristi samo jedna so, odnosno drugim riječima nijedna ih so nemože samostalno ispuniti, te se raditoga koriste miješavine raznih soli, odabrane prema potrebama radnog procesa. Dakle izsvega gore navedenog nameće se zaključak da se usavršavanje ovog postupka zasniva naistraživanju i pronalaženju što pogodnijih soli i težnji da se primjene više temperature

procesa.


29/142

II PRORAČUN TEHNOLOŠKOGPOSTUPKA TERMICKE OBRADE


30/142

I

2.1. PRORAČ UN VREMENA ZAGREVANJA

Proračun vremena zagrijavanja za predmete koji su objekat ovog diplomskog radavršit ćemo po empiriskim obrazcima, odnosno po metodi E. A. Smoljnikov i po približnojmetodi koja se zasniva na očitavanju vrednosti iz dijagrama na čijoj ordinati je vradnostizraza s • K, a na apscisi vreme držanja T izraženo u minutama.

Ovo su jedne uopštene metode za izračunavanja vremena zagrijavanja, progrijavanja i vremena zadržavanja na temperaturi transformacije.

Dakle sve naredne proračune ćemo vršiti na osnovu iskustveno dobijenih obrazacaodnosno formula i dijagrama koji idu uz njih.

Prvi stepen zagrijavanj a tj. predgrevanje radnih komada vršit ćemo na 400°C da bismo smanjili toplinska naprezanja kojima bi komadi bili izloženi da se zagrijavajudirektno na temperaturu cementacije odnosno kaljenja. Ovo zagrijavanje vršit ćemo uelektropećima EP u svim slučajevima predgrijavan ja radnog komada, a sve ostale fazezagrijavanja vršit ćemo u sonim kupkama, različitim za različite procese termičke obradecementacija, kaljenje, otpuštanje.

SLIKA 11

SUKA12

8 1 l l i ii / i! / | m m \ .

M 's /

I | / ; ?/

j §t1! Q/i 1 JSf\

S • i v J B/1 : 1 W I ! I

Al / . ! ! i i\j A • I k ! i| /

y i i. i 1 111 1 i 18

1 1 1 1 1 1 I I I1 1 i20 40 60 BO mnuta


31/142

2.1 .1 . Vođica iezgra :

Cementacija :

Proračun vremena predgrevanja, koje se obavlja na 400°C za radni komad sa Radioničkog crteža 1 : " Vo đica jezgra " koja je izrađena od čelika Č. 4721 vrši se takošto prvo odredimo faktor oblika K koji je za naš slučaj 1,5 i karakterističnu dimenzijukoju smo odabrali, a ona je s = 23 mm.

Na osnovu ovoga u dijagramu C39 odredimo vreme zagrijavanja, progrijavanja idržanja u komornoj peći i sonoj k upki:

Zagrijavanje u drugom stepenu od temperature predgrevanja 400°C do temperaturecementacije 920°C je:

s • K = 34,5 mm

tz\ = 37 mintzi = 13 min

za zagrijavanje u komomoj pećiza zagrijavanje u sonoj kupki

T^^m • kr Z

Karakteristična dimen zija:V A-B'C ;.jžg

F ~ l(A-B + A'C + B-C)

Dimenzije radnog komada: A = 126 mm = 12,6 cmB = 50 mm = 5 cm

C = 23 mm = 2,3 cm

Iz poznatih dimenzija sljedi vred nost karakteristične dimenzi je: — - 0,7 cm

Vrednost koeficijenta kf za paraieiopiped dobijemo iz tabeie C11 strrana 199 takoda imamo:

kf= 1 +0,2 • (—+ —) pri čemuje: C ^B SA

23 23

BIHhMkf= 1,1286

26


32/142

Vrednost koefi cijenta k| za zagrijavanje u sonim kupkama za temperature od 800do 950°C dat je izrazom :

k| = 12,5 + 0,025 • (t - 800)k, i 12,5 10,025 • (9201800)ki = 9,5 min/cm

Vrednost faktora m za cementaciju u sonim kupkama je 1, tako da imamo da nam je vreme zagrijavanja i progrijavanja u drugom stepenu od temperature 400°C dotemperature cementacije 920°C određeno izrazom :

V IXt21 m • k ̂• p • k f

Xz2 = 7,5 min

Držanje na t emperaturi cementacije za traženu dubinu cementiranog sloja od 1 mm je 5 sati odnosno 300 minut. Za 1 sat držanja na temperaturi cementacije od 920°C postigne se 0,2 mm dubine naugljeničenog sloj a na radnom komadu.

TT = 300 min

Vreme hlađenja komada sa temperature cementacije na sobnu temperaturu seuzima isakustveno i ono iznosi oko 6 sati odnosno 360 minuta. Usvojena vrednost:

Th = 360 min

Kaljenje:

Predgrevanje za temperaturu kaljenja od 820°C se vrši na 400°C tako da kadodredimo karakterističnu dimenziju s = 23 mm, i faktor oblika K = 1,5 iz dijagrama C39na strani 191 imamo da je ukupno vreme zagrevanja, progrevanja i zadržavanja za

komomu peć iznosi očitano iz dijagrama:TzI = 37 min za zagrijavanje u komomim pećima

Vreme zagrijav anja u drugom stepenu od temperature predgrevanja do temperaturekaljenja od 820° dobijemo prema obrascu:

. V |T ̂= m • ki • — • k f F

Koeficijent k| [mi n/cm] koji karakteriše specifično vreme zagrevanja i progrevanjau zavisnosti od materijaia komada, sastava i temperature sredstva za zagrijavanjedobijemo iz jednadžbe:


33/142

I - 12,5 - 0,025 • (820 - 800)

k| = 12 min/cmKoeficijent kf koji je kriterijum oblika i karakteriše funkciju diraenzije tijela

takoder je dat obrascom koji gl asi:

k f = 1+0,2 • ( - + - )k a m

kf= 1,1286

Karakteristična dimenzij a radnog komada data je sljedećom formulom:

V A'B'C F ~ 2• (A'B + A'C + B>C)

—= 0,7 cm F

Vrednost faktora m za postupak u sonim kupkama je 1, tako da je vremezagrevanja od temperature predgrevanja koja je 400°C do temperature kaljenja od 820°Ciznosi:

p V pT^ = m• ki • -k f

F*zi = 9,48 min

Vreme držanja na temperaturi kaljenja je uzeto iz obrasca na strani 201Tehnolo gija termičke obrade čeiik a 1 " : Ilija Pantelić gdje je navedeno da ono iznosi 1min.

x t= 1 min

Hlađenje sa temperature kaljenja se obavlja u ulju i ono iznosi oko 50°C/sek štonam daje vreme hlađenja:

T|j = 0,3 min

Niskotemperaturno otpuštanje:

Odmah nakon postupka kaljenja provodimo postupak niskotemperaturnogotpuštanja. Vrame zagrijavanje na temperaturu niskotemperaturnog otpuštanja koja iznosi180°C uzimamo iskustveno tako da nam ono jznosi:

T2 = 4 min

28


34/142

Vreme držanja na temperaturi od 180°C je 60 min jer se za ovo vreme otpusti grozaostalih naprezanja u radnom komadu pa je dalje držanje na temperaturiniskotemperaturnog otpuštanja od 180°C nepotrebno sa stanovišta otklanjanja zaostalihnapona.

xt = 60 min

Hlađenje nakon otpuštanja provodimo na zraku i ono se također uzima iskustveno,mi usvajamo da je :

| | = 10 min

Dijagram zagrijavanja

T [ ° C ]

min J

2.1.2. Zupčanik 5 :

Cementacija :

Predgrevanje za komad sa Radioničkog crteža 2 : " Zupčanik 5 " izrađen od C.4721 vršimo na 400°C. Vreme potrebno da bi se radni komad zagrijao, progrijao i držao jerazličito za komomu peć i sonu kupku, a odredi se tako da prvo odredimo određenetražene parametre, na osnovu kojih u dijagramu C39 strana 191 " Tehnologija termičkeobrade čelika 1 " : Ilija Pantelić dobijemo vrednost traženog vremena.

K= 1,5s = 22 mm


35/142

Na osnovu ove dobivene vrednosti imamo vremena potrebna za predgrevanjeradnih komada:

= 35 min | za zagrijavanje u komornoj pećiTz j p 13 min za zagrijavanje u sonom kupatilu

Za zagrijavanje u drugom stepenu od temperature predgrevanja 400°C dotemperature cementacije 920°C imamo jednadžbu :

Tz2= m • ki * Z

Z = — • kf F

VTz2 = m • k, • — • kf

Karakteristična di menzija:V _ (D-d)-H F 4-H + 2-(D-d)

Visina radnog komada : H = 22 mm = 2,2 cmSpoljn i prečnik komada : D = 56 mm = 5,6 cmUnutrašnji prečnik komada: d = 24 mm = 2,4 cm

Iz poznatih vrednosti izračunamo vrednost karakteristične dimenzije za naš radnikomad:

—=0, 652 cm F

Kriterijum obiika komada koji je funkcija dimenzije tijela dobijemo iz obrasca:

Hk f = 1 + 0,2 • D-d

zr

pri čemu tre ba da bude z adovolj en odn os : ———< 1 => 0,687


36/142

k| = 9,5 min/cm

Faktor m je korektivni faktor za vrednost k| i on u našem slučaju iznosi 1, tako dalcad uvrstimo sve poznate vrednosti, dobijemo potrebno vreme za zagrijavanje u drugomstepenu od temperature predgrevanja koja je 400°C do temperature cementacije koja je920°C:

VTtz = m • ki • — • k f FTz2 = 7,04 min

Držanje na temperaturi ceme ntacije od 920°C za traženu dubinu cementiranogsioja od 0,3 ±0,1 mm iznosi 1,5 sat odnosno 90 minuta (0,2 mm debljine cementiranogsioja se postiže za 1 sat držanja radnog komada u sonoj kupki na temperaturicementacije).

T t = 90 min

Vreme potrebno za hlađenje komada sa temperature cementacije na sobnutemperaturu se uzima iskustveno i ono za hlađenje na zraku iznosi:

Th = 300 min

Kaljenje:

Predgrevanje radnog komada da bi smo smanjili toplinska naprezanja prilikomnjegovog zagrijavanja na temperaturu kaljenja od 820°C obavit ćemo na temperaturi400°C i to u komomoj peći. Dabi smo odredili ovo vreme moramo opet odrediti potrebne parametre K i s, a onda sa njihovim proizvodom s • K ući u dijagram C39 stranal91 |Tehnoiogija termičke obrade čelika 1 11 : Ilija Pantelić i za slučaj komome peći odreditiukupno vreme zagrijavanja, progrijavanja i zadržavanja.

K =1,5

s = 22 mms • K = 33 mm

Na osnovu ovih vrednosti imamo da je :

TzI = 35 min ...... za zagrijavanje u komomoj peći

Vreme potrebno da bi se radni komad zagrijao sa temperature predgrevanja koja je400°C na temperaturu kaljenja našeg predmeta, a ona je 820°C dato je empirički:

31


37/142

1 v ,EE = m • k| • — • kf

F

Kriterijum oblika komada k f se izražavajednadžbom:

k f = 1+0,2--^— D-dkf= 1,1374

Koeficijent k| dobijemo iz obrasca :

ki = 12,5 - 0,025 -(t-800)k, = 12,5 - 0,025 • (820 - 800)k :i = 12 min/cm

Vrednost karakteristifine dimenzije:

V _ {D-d)-H F 4H + 2-(D-d)

—=0,652 cm F

Faktor m je za slučaj cementacije u sonim kupkam 1, tako da je vreme zagrevanjau drugom stepenu od temperature predgrevanja koja je 400°C do temperature kaljenja od820°C jednako:

V

tj2 = m • k t • — • kr

Ta = 8,89 min

Držanje na temperaturi kaljenja od 820°C. je uzeto iz obrasca ža približnoodređivanje vremena transformacije i ono iznosi:

xt = 1 min

Vreme hlađenja nakon postupka kaljenjaje jako kratko i obavlja se u ulju čija moćhlađenja je 50°C/sek tako da je ovo vreme :

TJ, = 0,2 min


Vreme zagrijavanja na temperaturu niskotemperaturnog otpuštanja od 180°C seobavlja u soli za otpuštanje AS 135 i ono se uzima iskustveno. Usvajamo da je potrebnovreme za zagrijavanje :


38/142

Tz = 3 min

Vreme držanja na temperaturi niskotemperaturnog otpuštanja je 60 minuta jer kaogto smo prije rekli za to vreme se otpusti većina zaostalih naprezanja koji ostanu ulcomadu posije postupka kaljenja .

Tt = 60 m i n

Hlađenje poslje niskotemperaturnog otpuštanja se obavlja na zraku i ono jerelativno kratko, ali dovoljno brzo da ne dođe do nastajanja otpusne krtosti. Usvojenavrednost:

th = 10 min

Dijagram zagrijavanja:

T [ °C]

2.1.3. Zu pčan ik 6 :

Cementacija :

Predgrevanje za radni komad sa Radioničkog crteža 3 : " Zupčanik 6 " izrađen odC. 4721 vršimo na 400°C i to u komomim elektropećima. Da bi odredili ovo vreme izdijagrama C39 strana 191, treba da nađemo vrednosti s i K koje karakterišu naš radnikomad.


39/142

K= 1,5s = 20 mms • K = 30 mm

Na osnovu ovako izračunate vrednosti I iz već spomenutog dijagrama C39 sastrane 191 dobijamo vrednosti:

tzi = 33 min za zagrijavanje u komoraoj pećitzi = 12 min za zagrijavanje u sonom kupatilu

Za zagrijavanje u drugom stepenu od 400°C do temperature cementacije od 920"Cimamo da je :

t^ = m • kr Z

Z= — • kf F

V_T j2 = m • H • ~ • k f

Karakteristična dimeimj a:V _ (D-đ)-H

F 4-H + 2(D-d)

Visin a radnog predrrie ta: H = 20 mm = 2 cmSpoljn i prečnik koma da: D = 133 mm = 13,3 cmUnutrašnji prečnik komada: d = 62 mm = 6,2 cm

Iz poznatih vrednosti možemo da izračunamo traženu vrednost karakterističnedimenzije radnog k omada:

—=0 ,63 9 cm F

Kriterijum oblika kf dobijemo iz jednadžbe :

Hk f = 1+0,2-

Pri čemu treba da je zadovoljena jednakos t: ——— 11

D-d

W t t R J L - 11 = > 0 , 28211 pa B"* J L

pošto je ovo ispunjeno imamo daj e :

k f = 1,0564

Koeficijent k| se dobije iz obrasca :


40/142

k, 112,5 - 0,025 | (t 1800)k, 112,510,025 • (9201800)k| = 9,5 min/cm

Vrednost faktora m je 1 za cementaciju u sonim kupatilima, pa imamo da je vremezagrijavanja u temperatumom intervaiu izmedu 400 i 920°C jednako :

V

T^ = m • k, • p • kf

T j2 = 6,412 min

Držanje na temperaturi cementacije za dubinu cementiranog sloja od 0,3 ± 0,1 mmiznosi 1,5 sat odnosno 90 minuta.

Tt=90min

Hlađenje sa temperature cementacije na sobnu temperaturu se uzima iskustveno iono iznosi oko 5 sati, tako da mi usvajamo to vreme kao referentno.

TH = 300 min

Kaljenje:

Predgrevanje za postupak kalj enja se obavlja na temperaturi od 400°C i to ukomomim pećima, za određivanje ovog vremena treba da znamo K i s.

K= 1,5s = 20 mms • K = 3 0 mm

Na osnovu ovih vredn osti imamo da je :

tzi = 33 min za zagrijavanje u komoraoj peći

Vreme potrebno da bi se radni komad zagrijao sa temperature predgrevanja koja je400°C na temperaturu kalj enja našeg predmeta, a ona je 820°C dato je empirički:

, V .T j2 = m • k, • • k f

F

Kriterijum obiika komada kf se izražava jednadžbom :

k f =l +0,2- §ftl D-d

35


41/142

k r = 1,0564

Koeficijent jl dobijemo iz obrasca :

jg112,510,025 -(t- 800)k, 112,510,025 • (820 - 800)ki = 12 min/cm

Karakteristična dimenzija:

V _ (D-d)-H F 4H + Hp-d)

Iz poznatih vrednosti D,d i H za naš radni predmet možemo da izračunamo traženuvrednost karakteristične dimenzije radnog komada:

V — = 0,639 cm F

Vrednost faktora m za postupak u sonim kupkama je 1, tako da je vremezagrevanja od temperature predgrevanja koja je 400°C do temperature kaljenja od 820°Ciznosi:

Wi MmmmTz2 = m • ki • ^ . *kf F

Tz2 = 8,1 min

Vreme držanja na temperaturi kaljenja je uzeto iz obrasca na strani 201Tehnologija termičke obrade čeli ka 1 " : Hija Pantelić gdje je navedeno da ono iznosi 1min.

Tt= I min

Hlađenje sa temperature kaijenja se obavlja u ulju i ono iznosi oko 50°C/sek što

nam daje vreme hlađenja:

TH = 0,3 min


Odmah nakon postupka kaljenja provodimo postupak niskotemperaturnogotpuštanja na temperaturi od 180°C, da bismo odstranili odnosno smanjili na najmanjumoguću mijeru zaostale napone koji nastaju nakon procesa kaijenja.

Vreme zagrijavanja na temperatum niskotemperatumog otpuštanja od 180°C je 3minuta i ono je uzeto iskustveno. Zagrijavanje je u soli za otpuštanje AS 135.


42/142

Tz = 3 min

Vreme držanja na temperaturi niskotemperatumog otpuštanja je 60 minuta.

xt = 60 min

Hlađenje poslje niskotemperaturnog otpuštanja se obavlja na zraku. Usvojenavrednost:

Th — 9 min


T [ ° C ]

2.1.4. Zupčasto vratilo 5 :

Cementacija:

Predgrevanje za pred met; " Zupčasto vratilo 5 " izradeno od Č. 4321 vršimo natemperaturi od 400°C. Vreme potrebno da bi se ovaj radni komad zagrijao, progrijao idržao je različito za komornu peć i sonu kupku, a odredi se tako da prvo odredimoodređene - tražene parametre, na osnovu kojih u dijagramu C39 strana 191 " Tehnologijatermičke obrade Čelika 1 " : Ilija Panteiić dobijemo vrednost traženog vremena.


43/142

K= 1

s = 42 mms • K = 42 mm

Na osnovu ove dobivene vrednosti imamo vreme potrebno za predgrevanje radnog jcomada:

TzI = 44 min ...||||f|—B— za zagrijavanje u komomoj pećitzi = 15 min 1.... .. za zagrijavanje u sonom kupatilu

Za zagrijavanje u drugom stepenu od temperature predgrevanja 400°C dotemperature cementacije 920°C imamo jednadžbu:

Tz2=m • ki • Z

Z = — • kf F

VT^ = m • ki • — • k f

•-.:. F

Karakteristična dimenzija: ^ ^ F 4-H + 2-D

Visina radnog predm eta: H = 200 mm = 20 cmI Prečnik radnog koma da: D = 42 mm = 4,2 cm

Iz poznatih vrednosti možemo da izračunamo traženu vrednost karakterističnedimenzije radnog k omada:

—=0, 95 cm F

Kriterijum obiika k f dobijemo iz jednadžbe koja glasi:

k f = 1+ 0 , 2 - 4 - H

Pri čemu treba da je zadovoljena jednakost: — 11 =>0,21 £ 1 I Sjjj||j|

pošto je ispunjen ovaj usl ov imamo daje :

kf= 1,042

Koeficijent kj je dat sljedećim izrazom :

k, = 12,510,025 -(t- 800)


44/142

k, = 12,5-0,025 • (920 p 800)ki = 9,5 min/cm

Vrednost faktora m je 1 za cementaciju u sonim kupatilima, pa imamo da je vremegl^rijavanja u drugom stepenu t j. temperaturnom intervalu između 400 i 920°C jednako :

Xz2 = m • k] • Z

Vl i = m • ki • — ' k f Ffz2 = 9,4 min

Držanje na temperaturi cementacije za traženu dubinu cementiranog sloja od 0,5 ±0 1 mm je 2,5 sata odnosno 150 minuta. Za 1 sat držanja na temperaturi cementacije od920°C se postigne 0,2 mm dubine naugljeničenog sloja na radnom komadu.

x t= 150 min

Vreme hlađenja komada sa temperature cementacije na sobnu temperaturu seuzima iskustveno i ono iznosi oko 6 sati odnosno 360 minuta. Usvojena vrednost:

Th = 360 min

Kaljenje:

,. Predgrevanje za temperaturu kaljenj a od 820°C se vrši na 400°C. Do vremena potrebnog za to predgrevanje d olazimo tako da odredimo karakterističnu dimenziju, a ona je 11 42 mm, i faktor ob lika K = 1 iz tabele C38 na strani 190 " Tehnologij a termičkeobrade čeiika 1" : Ilija Pantei ić, a na osnovu sličnosti našeg komada i onog datog u tabeli.Sa ovim vrednostima idemo u dijagram C39 na strani 191 gdje za vrednost proizvoda s |K = 42 mm očitamo ukupno vreme zagrevanja,. progrevanja i zadržavanja za komomu

peć u kojoj predgrijavamo naš radni komad :

t2i = 44 min za zagrijavanje u komomoj peći

Vreme zagrijavanja u dmgom stepenu od temperature predgrevanja do temperatureMjenja od 820° dobijemo iz obrasca :

= m • k| • — • kf F

Kriterijum oblika komada kf je dat jednadžbom :


45/142

kf= 1 +0,2- — H

kf= 1,042

Koeficijent k, dobijemo iz obrasca :k| = 12,5 - 0,025 -(t-800)ki 112,5 - 0,025 • (820 - 800)k| = 12 min/cm

i Karakteristična dimenzi ja:

I = _ £ ^ _ = 0 , 9 5 c m F 4-H + 2-D

I Faktor korekcije : m = 1Iz poznatih vrednosti dobijemo vreme potrebno za zagrijavanje u drugom stepenu.

I V 1•tu^m-ki --^f-kf F

Xz2= 11,88 min

Držanje na temperaturi kaljenja od 820°C je uzeto iz obrasca za približnoodređivanje vremena transformacije i ono iznosi:

t t = 1 min

Vreme hlađenj nakon postupka kaljenja je kratko i obavlja se u ulju čija moćhlađenja je 50°C/sek tako da j e ovo vreme :

IH = 0,5 min


Odmah nakon postupka kaljenja provodimo postupak niskotemperaturnogotpuštanja na temperaturi od 180°C, da bismo odstranili odnosno smanjili na najmanjumoguću mijeru zaostale napone koji nastaju nakon procesa kaljenja.

Vreme zagrijavanja na temperaturu niskotemperaturnog otpuštanja od 180°C je 7minuta i ono je uzeto iskustveno. Zagrijavanje radnog komada na ovu temperaturu seobavlja u soli za otpuš tanje AS 135.

T2 = 7 min



46/142

TT = 60 min

Hlađenje poslje niskotemperatumog otpuštanja se obavija na zraku. Usvojenavrednost:

Th= 15 min


T [ ° C]

2.1.5. Zupčanik 6 :

Cementacija :

U Predgrevanje za radni komad : " Zupčanik 6 " izrađen od Č. 4321 vrši se na 400°C| to | komornim elektropećima. Da bi odredili vreme predgrevanja komada iz dijagramaC38 srtana 190, treba da nađemo vrednosti s i K koje karakterišu naš radni komad.

K= 1,5s = 44 mms • K == 66 mm

Na osnovu ovih vrednosti iz dijagrama C39 sa srtane 191 dobijamo vred nosti:

tzi = 65 min za zagrijavanje u komornoj peći

41


47/142

IIIH 20 min H za zagrijavanje u sonom kupatilu

Za zagrijavanje u drugom stepenu od 400°C do temperature cementacije od 920°Cimamo da j e:

Tz2=m • k\'Z

Z = — • k r FV

T j2 = m • ki • ~ • k f

PlfCarakteristična dimenzija : F 4-# + 2(D-rf)

I Visina radnog predm eta: H = 44 mm = 4,4 cmSpoljni prečnik koma da: D = 150 mm = 15 cmUnutrašnji prečnik koma da: d = 48 mm = 4,8 cm

Iz ovih poznatih vrednosti možemo da izračunamo traženu vrednost karakterističnedimenzije radnog komada:

—=4,181 cm F

Kriterijum oblika kf dobijemo iz jednadžbe :

Hkf = 1 + 0,2 •

D-d

ZJT

Pri čemu treba da je zadovoljena jedn akos t: ——- 0,431 < 1 pa

pošto je ovoj usl ov ispun jen imamo d aje :

kf= 1,0862

Koeficijent ki se dobije iz obrasca:

ki = 12,5 - 0,025 | (t 1800)1112,510,025 • (9201800)ki = 9,5 min/cm

Vrednost faktora m je 1, pa imamo daje vreme zagrijavanja u temperatumomintervalu izmedu 400 i 920°C jednako :

42


48/142

VXz2 = m • k| • ~ • k f

tZ2- 12,18 min

Držanje na temperaturi cementacije za dubinu cementiranog sloja od 0,5 ± 0,1 mmi z n o s i 2,5 sata odnosno 150 minuta.

x t = 150 min

Hlađenje sa temperature cementacije na sobnu temperaturu se uzima iskustveno iono iznosi oko 6 sati. Usvojena vrednost:

Th = 360 min

Kaljenje:

Predgrevanje za postupak kaljenja se obavlja na temperaturi od 400°C i to ukomornim pećima. Za određivanje ovog vremena treba da znamo parametre K i s.

K= 1,5s = 44 mms • K = 66 mm

Na osnovu ovih vre dnosti imamo da je :

xzi = 65 min za zagrijavanj e u komomoj peći

Vreme potrebno da bi se radni komad zagrijao sa temperature predgrevanja kojaje400°C na temperaturu kaljenja našeg predmeta, a ona je 820°C dato je empirički:

t^ = m • ki • — • kf F-

Kriterijum oblika komada k f se izražava jednadžbom koja glasi:

k f = 1 + 0,2 • —1bZJ-o'k f = 1,0862

Koeficijent ki dobijemo izjednadžbe :

k| = 12,5'— 0,025 • (t - 800)k| = 12,5 - 0,025 • (820 - 800)ki = 12 min/em

43


49/142

Karakteris tična dimenzija :

V _ (D-d) H F +

Iz poznatih vrednosti D,d i H za naš radni predmet možemo da izračunamo traženuĵednost karakteristične dimenzije radnog komada:

—=1,181 cm F

Vrednost faktora m je 1, tako da je vreme zagrevanja od temperature predgrevanjakoja je 400°C do temperature kaljenja koja je 820°C iznosi :

| V .T j2 = m • ki • — • kf

F

TJ2 = 15,393 min

Vreme držanja na temperaturi kaljenja je :

Tt= 1 min

Hlađenje sa temperature kaljenja se obavlja u ulju i vreme hlađenja i znosi:

Tjj = 0,5 min


Odmah nakon postupka kaljenja provodimo postupak niskotemperatumogotpuštanja na temperaturi od 180°C.

Vreme zagrijavanja na temperaturu niskotemperaturnog otpuStanja od 180°C je 7minuta i ono je uzeto iskustveno. Zagrijavanje je u soli za otpuštanje AS 135.

Tz = 7min

Vreme držanja na temperaturi niskotemperaturnog otpuštanja je 60 minuta.

Tt = 60 min

Hlađenje poslje niskotemperatumog otpuštanja se obavlja na zraku. Usvojenavrednost:

Th = 15 min

I


50/142


T[°C]

2.1.6. Stub za vođenje alata n :

Cementacija:

Predgrevanje radnog komad sa Radioničkog crteža 6:" Stub za vođenje alata II"izradenog od Č. 4721 vršimo na 400°C i to u komomi m elektropećima. Da bi smo odrediliovo vreme iz dijagrama C39 srtana 191, treba da prvo odredimo vrednosti s i K kojekarakterišu naš radni komad, a njih dobijemo iz tabele C38 sa strane 190 knjigeTehnologija termičke obrade čelika 1 " : Ili ja Pantelić na osnovu sličnosti našeg radnogkomada i predmeta iz tabele, tako da imamo :

K= 1s = 24 mms • K = 24 mm

Na osnovu ovih vrednosti iz već spomenuto g dijagrama C39 sa strane 191dobijamo vrednost i:

TzI = 27 min za zagrijavan je u komomo j pećiTZI = 12 min za zagrijavan je u sonom kupatilu

Za zagrijavanje u drugom stepenu od 400°C do temperature cementacije od 920°Cimamo da je :

tz2= m • k| • Z

45


51/142

7 _v

~F Vf i = m • ki • — • kf

Karakteristična dimenzija: — = F 4-H + 2-D

Visina radnog predmeta: H =110 mm = 11 cmSpoljni prečnik komada : D = 24 mm = 2,4 cm

Iz poznatih vrednosti izračunamo vrednost karakteristične dimenzije:

v D'

H I S —= =0,541 cm F A-H + 2-D

Kriterijum oblika komada k f dat je jednadžbom:

k f = 1 + 0,2 • — koja je karakteristična za

dugački puni cilindar kod kojeg je odnos dimenzija — < 1 => 0,218 < 1 pa imamo H

daje:

k f = 1,0436

Koeficijent ki dobijemo iz obrasca:

ki = 12,5 - 0,025 • (t - 800)k, = 12,5-0,025-(920-800)ki = 9,5 min/cm

Faktor korekcije : m = 1Vreme zagrijavanja u drugom stepenu od 400 do 920°C je :

V

T^ = m • ki • • k f

Tz2 = 5,36 min

Držanje na temperaturi cementacije za dubinu cementiranog sloja od 1 mm iznosi 5sati odnosno 300 minuta.

T, = 300 min


52/142

Hlađenje sa temperature cementacije na sobnu temperaturu se uzima iskustveno iono iznosi oko 5 sati. Usvojena vrednost:

Th = 300 min

Kaljenje:

Predgrevanje za postupak kaljenja se obavlja na temperaturi od 400°C i to uJcomornim pećima. Za određivanje ovog vremena treba da znamo parametre K i s.

K = 1s = 24 mms • K = 24 mm

Na osnovu ovih vrednosti imamo da je vreme zagrijavanja u prvom stepenu:

TzI = 27 min za zagrijavanje u komomoj peći

Vreme potrebno da bi se radni komad zagrijao sa temperature predgrevanja koja je400°C na temperatum kaljenja naseg komada, koja je 820°C dato je empirički:

Kriterijum oblika komada k f se izražava jednadžbom koja za naš radni komad glasi

kf = 1 + 0,2 • — H

k f = 1,0436

Koeficijent ki dobijemo izjednadžbe :

ki = 12,5 - 0,025-(t-800)

ki = 12,5-0,025-(820-800)ki = 12 min/cm

I Karakteristična dimenzi ja:

V D-H AC .. — = = 0,541 cm F 4-H + 2-D

Vrednost faktora m je 1, tako da je vreme zagrevanja od temperature predgrevanjak°jaje 400°C do temperature kaijenja koja je 820°C iznosi:

47


53/142

. V .T j2 = m • k| • — • kf

Tj2 = 6,77 min

Vreme držanja na temperaturi kaljenja je :

Tt= 1 min

Hlađenje sa temperature kaljenja se obavlja u ulju i vreme hlađenja iznosi:

Th = 0,3 min


Odmah nakon postupka kaljenja provodimo postupak niskotemperatumogotpuStanja na temperaturi od 180°C.

Vreme zagrijavanja na temperaturu niskotemperatumog otpuštanja od 180°C je 4minuta i ono je uzeto iskustveno. Zagrijavanje je u soli za otpuštanje AS 135.

Tj = 4 min


t, = 60 min

Hlađenje poslje niskotemperatumog otpuštanja se obavlja na zraku. Usvojenavrednost:

Th = 15 min


54/142

Dijagram zagrijavanja

2.1.7. S tub za vođenie izbaciv ača :

Cementacija:

Proračun vremena predgrevanja za radni komad : "Stub za vođenje izbacivača "izrađen od Č. 4320 vršimo na sljedeći način : Prema tabeii C38 na srtani 190 knjige fTehnologija termičke obrade čelika 1 " : Ilija Pantelić, odredimo faktor oblika K naosnovu oblika našeg radnog komada, a zatim u istoj tabeli odredimo na osnovu približnogoblika našeg radnog predmeta i predmeta iz tabele, karakterističnu dimenziju s.

Za Radionički crtez 7 imamo da je : Faktor oblika: K = 1Karakteristična dimenzija: s = 15 mm

Kad smo odredili parametre K i s idemo u dijagram C39 na strani 191Tehnologija termičke obrade 1 " : Ilija Panteiić i na osnovu proizvoda s • K odredimovreme koje je potrebno da bi se komad zagrijao, progrijao i zadržao u određenoj vrsti pećiOcomoma peć ili sona kupka) čije krive su nacrtane u dijagramu.

s • K= 15 • 1 = 15 mm

Na osnovu ove vrednosti kao što je rečeno idemo u dijagram C39 i odredimoukupno vreme zagrijavanja, progrijavanja i zadržavanja za komomu peć i sonu kupku :

xzi i 19 min za zagrijavan je u komomoj pećitZi - 8 min za zagrijava nje u sonoj kupki


55/142

Za drugi stepen zagrijavanja od 400°C do temperature cementacuje, a ona je 920°Clcoristićemo se tabeiama CIO i C ll na stranicama 198 i 199 | Tehnologija termičkeobrade čeiika 1" : Ilija Pantelić. U ovim tabelama su date formule za izračunavanje

parametara (V : F) i kf koji su nam bitni za izračunavanje vremena zagrijavanja i progrijavanja u drugom stepenu.

VGeometnski knte nj : Z = — • kf

BN-r VVreme zagnjavanja: T^ = m • k[ • Z = m • k[ • — • kf

F

Karakteristična dimenzija: —= —5 S— = 0,362 cm• F 4-H + 2-D

Najmanja dimenzij a prečnik a: D = 15 mm = 1,5 cm

Druga karakteristična dimenzija je visina : H = 50 mm = 5 cm

Za dugački puni cilindar gdje je : — < 1 imamo da nam je kriterijum obiika:•r"" H

p j . = -M = 0,3 ̂ i => kf == 1 + 0,2 • — = 1 + 0,2 • 0,3. = 1 + 0,06 H 5 H

kf= 1,06

Vrednost koeficijenta ki za zagrijavanje u sonim kupatilima za temperatere od 800do 950°C data je empiričkim izrazom :

ki = 12,5 - 0,025 • (t- 800)i

Ova formula važi za stepenasto zagrijavanje sa prvim stepenom zagrijavanja od400 do 500°C i omogućava izračunavanje vremena od te temperature do potrebnetemperature cementacije, a onaj e u ovom radu odabrana da bude 920°C.

ki = 12,5-0,025-(920-800)k[ = 9,5 min/cm

Vrednost faktora m za cementaciju u sonim kupkama sa 78% BaCfe i 22% NaCl je p toko da imamo da nam j e vreme zagrijavanja i progrijavanja u drugom stepene od400°C do temperature cementacije od 920°C kad uvrstimo dobij ene vrednosti jednako :

Tj2 - m • ki • Zl -9,5-0,326- 1,06

50


56/142

Tz2= 3,283 min

Vreme zadržavanja na temperaturi cementacije od 920°C za Č 4320 od kojeg jeizrađen naš radni predmet uzima se iskustveno i ono iznosi 0,2 mm dubine naugljeničenjalcomada za 1 sat držanja istog u sonoj kupki sa adekvatno odabranom soli za cementacijui na tempe

Documents

Steel Technology