1/2007 OCELI K ZUŠLECHŤOVÁNÍ Jméno: St. Skupina: Datum cvičení: Autor cvičení: Ing.Simona Pospíšilová, Ing. Martin Juliš Literatura [1] PTÁČEK L. a kol.: Nauka o materiálu I., CERM s.r.o. Brno, 2001 [2] PTÁČEK L. a kol.: Nauka o materiálu II., CERM s.r.o. Brno, 1999 [3] JECH J.: TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ OCELI, Metalografická příručka, SNTL Praha, 1983 [4] Materiálové normy ČSN 419191 a ČSN 419436 POTŘEBNÉ Z ÁKLADNÍ POSTU NALOSTI UPY rystaliz d) y: epřetržité (a) - bainitické - nepřetržité - rozpoušt ě cí (c)- rozpoušt ě cí (c)- rozpoušt ě cí (c) Z TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ Žíhání - s přek ací a a b e - normalizační (a) ) c - homogenizační (b - bez překrystalizace - naměkko (c) tí - ke snížení pnu ( - rekrystalizační (e) - jiné druhy ěcí - rozpoušt - izotermické Kalení iska struktur - z hled - martenzitické - n - přetržité - lomené (b) - přerušované - termální (c) - se zmrazením - přetržité - izotermické d a b c Způsoby kalení podeutektiodní oceli
Transcript
1/2007
OCELI K ZUŠLECHŤOVÁNÍ
Jméno: St. Skupina: Datum cvičení:
Autor cvičení: Ing.Simona Pospíšilová, Ing. Martin Juliš
Literatura [1] PTÁČEK L. a kol.: Nauka o materiálu I., CERM s.r.o. Brno, 2001 [2] PTÁČEK L. a kol.: Nauka o materiálu II., CERM s.r.o. Brno, 1999 [3] JECH J.: TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ OCELI, Metalografická příručka, SNTL Praha, 1983 [4] Materiálové normy ČSN 419191 a ČSN 419436
POTŘEBNÉ Z
ÁÁKKLLAADDNNÍÍ PPOOSSTTU
NALOSTI
UPPYY
rystaliz
d)
y: epřetržité (a)
- bainitické - nepřetržité
- r o z p o u š t ě c í ( c ) - r o z p o u š t ě c í ( c ) - r o z p o u š t ě c í ( c )ZZTTEEPPEELLNNÉÉHHOO ZZPPRRAACCOOVVÁÁNNÍÍ
Žíhání - s přek ací a
a
b
e
- normalizační (a)) c - homogenizační (b
- bez překrystalizace - naměkko (c)
tí - ke snížení pnu ( - rekrystalizační (e) - jiné druhy
ěcí - rozpoušt - izotermické Kalení
iska struktur- z hled - martenzitické - n - přetržité - lomené (b)
- přerušované - termální (c) - se zmrazením
- přetržité - izotermické
d
a
b c
Způsoby kalení podeutektiodní oceli
Izotermické bainitické kalení
(izotermické zušlechťování) legované podeutektoidní oceli - z hlediska průřezu materiálu: objemové, povrchové
pp
ZADÁNÍ
ovádí kalení u ocelí nelegovaných a ocelí nízkolegovaných z hlediska kalících teplot a ochlazovací rychlosti.
její význam.
PPoo oouuššttěěnníí
1. Jak se pr
2. Uveďte a zdůvodněte způsoby ohřevu, ochlazovací rychlosti při kalení, význam z hlediska vzniku trhlin.
3. Zakreslete diagramy ARA pro nelegovanou a nízkolegovanou ocel a vysvětlete jejich použití.
4. Popište strukturu oceli správně zakalené, zakalené na vyšší teplotě a na nižší teplotě.
5. Popište čelní zkoušku prokalitelnosti podle Jominyho ( EN ISO 642 , ČSN 42 0447 ) a uveďte
6. Stanovte křivku prokalitelnosti a zakreslete ji do pásu prokalitelnosti pro danou ocel.
1/2007
Zkouška prokalitelnosti ocelí (Potřebné znalosti)
Jméno: St. skupina: Datum cvičení:
Autor cvičení: Ing. Petr Liškutín, Ing.Lubomír Stránský,CSc. Kalitelnost lze definovat jako schopnost slitiny dosáhnout nerovnovážného stavu ochlazením z určité tzv. kalicí teploty. Cílem kalení ocelí je získat bezdifúzní přeměnou austenitu nerovnovážnou strukturu, jejíž hlavní složkou je martenzit. Aby bylo možné charakterizovat chování ocelí při kalení, byly zavedeny pojmy zakalitelnost a prokalitelnost.
VT II - 1/1
Zakalitelnost je dána maximální tvrdostí martenzitu dosaženou při kalení nadkritickou rychlostí, která závisí zejména na obsahu uhlíku (obr.1). Skutečná tvrdost oceli po zakalení však závisí také na obsahu zbytkového austenitu jehož obsah ovlivňuje množství přísadových prvků, velikost austenitického zrna i podmínky ochlazování. Pro praktické účely samo kritérium zakalitelnosti nepostačuje, neboť vždy jde o kalení předmětů o určitých, velmi rozmanitých rozměrech. Vliv tohoto velikostního faktoru vyjadřuje pojem prokalitelnosti, který je složitější, ale také významnější. Prokalitelností se označuje schopnost oceli získat po zakalení tvrdost, odpovídající její zakalitelnosti (anebo určité smluvní hodnotě z ní odvozené) v uvažované hloubce pod ochlazovaným povrchem kaleného předmětu. Závisí na vztahu mezi kritickou rychlostí kalení dané oceli vk (materiálová charakteristika) a skutečnou rychlostí ochlazování uvažované vrstvy. Při kalení válcového ocelového tělesa do předepsaného kalicího prostředí se ochlazuje jeho povrch velmi intezívně přímým stykem s kalícím prostředím. Válcové plochy pod povrchem tělíska jsou ochlazovány vedením tepla povrchovými vrstvami a jejich rychlost ochlazování klesá se zmenšujícím se průměrem uvažované vrstvy. V jisté hloubce pod povrchem, je skutečná ochlazovací rychlost rovná kritické rychlosti vk dané oceli. Z praktických důvodů se prokalitelnost vztahuje obvykle k tvorbě martenzitu. Poznámka: Pojem prokalitelnosti lze vztahovat nejen na anizotermické zušlechťování, spočívající v rozpadu martenzitu na sorbit při popouštění, ale také na izotermické zušlechťování, založené na řízeném rozpadu přechlazeného austenitu na bainit. Skutečná rychlost ochlazování uvažovaného objemu musí být taková, aby ochlazením austenitu se vytvořil buď martenzit, nebo bainit. Za prokalenou se obvykle považuje vrstva, která dosáhne tvrdosti odpovídající struktuře s 50 % martenzitu. Prokalitelnost lze zjistit nepřímo z tvrdosti. Prakticky postupujeme tak, že odečteme z diagramu na obr.1 tvrdost odpovídající struktuře 50% martenzitu pro daný obsah uhlíku a zjišťujeme do jaké vzdálenosti od povrchu má dílec vyšší tvrdost než je hodnota odečtená z diagramu. Prokalitelnost je ovlivněna: Velikostí zrna austenitu – se stoupající velikostí zrn austenitu se prokalitelnost zvyšuje (difúzní rozpad austenitu začíná na hranicích zrn austenitu, martenzitická přeměna je bezdifúzní). Prakticky lze však tohoto zvýšení prokalitelnosti těžko využít, neboť hrubozrnný martenzit má horší mechanické vlastnosti.
Rychlostí ochlazování - s rostoucí ochlazovací intenzitou kalícího prostředí se zvětšuje hloubka prokalení.
Chemickým složením oceli - legující prvky, které posouvají diagram ARA a IRA doprava prokalitelnost zvyšují, prvky, které je posouvají doleva, prokalitelnost snižují. U konstrukčních ocelí zvyšují prokalitelnost Mn, Cr, Mo, Ni, Si a C. Pokud tvoří přísadové prvky karbidy, zvyšuje prokalitelnost pouze ta část prvku, která přejde při austenitizaci do tuhého roztoku, nerozpuštěné karbidy působí jako krystalizační zárodky, usnadňují rozpad austenitu a snižují prokalitelnost.
Obr.3 Křivka
Obr.1 Vliv uhlíku na tvrdost mikrostruktury se 100% a 50% martenzitu.
Obr. 2 Uspořádání zkoušky prokalitelnosti.
prokalitelnosti oceli a) – mírně prokalující b) – silně prokalující.
Z praktických zkoušek se ustálila čelní zkouška prokalitelnosti, tzv. Jominyho zkouška (viz. ČSN 420447 – Zkouška prokalitelnosti ocelí). Při zjišťováni prokalitelnosti se podle této zkoušky postupuje takto: váleček o stanovených rozměrech (obr.2) se ohřeje na austenitizační teplotu, na které se ponechá 30 minut. Poté se vloží do kalícího přípravku tak rychle, aby doba mezi vyjmutím z pece a zavěšením v přípravku byla max. 5 s (obr.2). V přípravku se ochlazuje na čele proudem vody o teplotě 5 až 30 °C až do vychladnutí (nejméně však po dobu 10 minut). Tlak vody musí být seřízen tak, aby proud volně tryskal do výšky 65 10 mm nad ústi trysky o vnitřním průměru 12,5 mm. Po ochlazení válečku se na válcové části vybrousí po celé délce dvě plochy, každá do hloubky 0,4 až 0,5 mm, na kterých se změří tvrdost (HRC nebo HV) ve vzdálenostech (1,5; 3; 5; 7; 9; 11; 13; 15 ) mm od ochlazovaného čela a dále po 5 mm. Tvrdosti se vynesou do diagramu tvrdost - vzdálenost od čela (označovaná symbolem a) a výsledkem měření je křivka prokalitelnosti (obr.3).
±
Ke srovnáni různých oceli se používá index prokalitelnosti J, který udává vzdálenost od ochlazovaného čela Jominyho zkoušky, na níž má být dosažena určitá tvrdost. Index je složen z písmene J a dvou skupin číslic udávajících tvrdost (HRC,HV) a vzdálenost od kaleného čela (d - v mm): J HRC – d nebo J HV – d . Příklad označování: J 45 - 6/18 -> ocel dosahuje tvrdosti 45 HRC v kterémkoliv místě ve vzdálenosti 6 až 18 mm od kaleného čela, J 35/48 – 15 -> ocel dosahuje tvrdosti 35 až 48 HRC ve vzdálenosti 15 mm od kaleného čela, J 35 – 15 -> ocel dosahuje tvrdosti 35 HRC ve vzdálenosti 15 mm od kaleného čela. Protože je chemické složení každé oceli vymezeno určitými hranicemi, není prokalitelnost ocelí různých taveb téhož materiálového listu stejná a zkoušku je nutno několikrát opakovat. Minimální a maximální naměřené hodnoty tvrdostí udávají potom tzv. pás prokalitelnosti. Jako příklad je uveden na obr.4 pás prokalitelnosti oceli ČSN 14 240. Pro praktické použití je nutné převést hodnoty zjištěné Jominyho zkouškou na Do (resp. na ideální kritický průměr Dl., který udává průměr vzorku oceli o kruhovém průřezu, ve kterém při kalení nekonečnou rychlostí ( ∞=H ) vznikne v jádře struktura obsahujíci 50 % martenzitu). Pokud má dílec tvar válečku, je možné odhadnout konkrétní prokalený průměr Do pomocí diagramu na obr.5, který byl sestrojen pro 50% martenzitu ve struktuře a různá ochlazovací prostředí..
VT II - 2/2
Postup: Z obr.1 se odečte tvrdost, kterou má mít ocel o zvoleném obsahu uhlíku pro 50% martenzitu ve struktuře. Čelní zkouškou prokalitelnosti se zjistí vzdálenost od ochlazovaného čela (označovaná a), na které byla naměřena stejná tvrdost a z diagramu na obr.5 se pro tuto vzdálenost a dané ochlazovací prostředí odečte Do , případně i DI.
Obr.4 Pás prokalitelnosti oceli 14 240 1,2 – hranice pásu prokalitelnosti, 3 – konkrétní křivka prokalitelnosti.
Obr. 6 Souvislost mezi diagramem ARA, rychlostí ochlazování a křivkou ochlazování u podeutektoidní oceli.
Obr.5 Stanovení Do a DI (zde DJ) ze vzdálenosti a od kaleného čela pro různé intenzity ochlazování H.
část 3, díl 5, 12040, str. 1
díl 5, oceli třídy 12
LEXIKON TECHNICKÝCH MATERIÁLŮ
âSN 41 2040Uhlíková ocel k zu‰lechÈování
OCEL
STN 41 2040 12 040
Chemické sloÏení [hm. %]C Mn Si Cr Ni Cu P S
0,32–0,40 0,50–0,80 0,15–0,40 max 0,25 max 0,30 max 0,30 max 0,040 max 0,040
Polotovary[1] pfiedvalky [6] beze‰vé trubky tváfiené nebo taÏené za tepla[2] tyãe válcované za tepla nebo kované [7] pfiesné beze‰vé trubky tváfiené nebo taÏené za studena[3] tenké plechy válcované za tepla [8] tyãe taÏené za studena[4] tlusté plechy válcované za tepla [9] tyãe tepelnû zpracované po taÏení za studena[5] v˘kovky [10] dráty tepelnû zpracované po taÏení za studena
Mechanické vlastnostiPolotovar [1] [2] [5] [2] [5] [2] [2] [5]Rozmûr t, d [mm] – 25–100 30 ≤16 16–40Stav . 0 . 1 . 6 . 7Mez kluzu Re nebo Rp 0,2 [MPa] – 285 325 430 370Mez pevnosti Rm [MPa] – min 480 540–690 630–780 600–750TaÏnost A5 [%] min – 20 22 17 19Kontrakce Z [%] min – – 55 40 45Vrubová houÏevnatost KCU 3 [J.cm-2] min
– – 60 55 55
Tvrdost HB max 208 135–202 155–208 187–237 171–228Modul pruÏnosti E [GPa] 206Modul pruÏnosti ve smyku G [GPa] 79
Polotovar [3] [4] [5]Rozmûr t, d [mm] 0,8–2,8 4–60 3–120 61–80 81–100 25–100 100–300Stav . 1 . 3 . 1 . 3 . 5 . 6Mez kluzu Rp 0,2 [MPa] 295 – 315 – 295 285 325 295Mez pevnosti Rm [MPa] 490–640 440–570 min 530 – min 510 540–690 510–650
napfiíã napfiíãTaÏnost A5, A10 [%] A10=19 A10=19
A5 =20–
A5 =18A5=22 A5=20
Kontrakce Z [%] min – – – – – 55 50Vrubová houÏevnatost KCU 3 [J cm-2] min
Technologické údajeTEPELNÉ ZPRACOVÁNÍnormalizaãní Ïíhání 840–870 °C ochlazovat na vzduchuÏíhání na mûkko 680–720 °C ochlazovat v pecikalení 840–870 °C ochlazovat ve vodû (tlust‰í kusy)
850–880 °C ochlazovat v oleji (tenãí kusy)popou‰tûní 540–680 °C ochlazovat na vzduchuteploty pfiemûn AC1∼ 720–735 °C AC3∼ 775–795 °C MS∼ 335 °Cpovrchová tvrdost pfii povrchovém kalení ∅ 40mm 53 3 HRC
Nejniωí doporuãená teplota pouÏití (Rm = 740MPa) pfii namáhání:statickém -70 °Cdynamickém -50 °C (pro KCU 2 min 34 J . cm-2)TVA¤ITELNOSTtfiída tvafiitelnosti za tepla 1 teploty tváfiení 1 150–750 °C pomalu ochlazovat
PouÏitíVhodná na velké hfiídele stabilních spalovacích motorÛ, parních strojÛ a ãerpadel, hfiídele tûÏních strojÛ, transmisní hfiídele, excentry, sloupy a válce lisÛ, tvarová tûlesa, ãepy, kolíky, tlaãítka, rozpûrná pouzdra, destiãky,‰oupátka, ãelisti, ‰rouby, pístnice, ojnice, kované svorníky tlakov˘ch nádob, závûsy pruÏin, ruãní a noÏní páky, souãásti fiízení, táhla, jefiábové háky apod.
Ostatní vlastnostiDruh oceli podle zpÛsobu v˘roby Barevné znaãení podle âSN 42 0010 Tfiída odpadu podle âSN 42 0030
uklidnûná zelená – Ïlutá – hnûdá 002
Porovnání se zahraniãními materiályISO EURO Nûmecko
C35E4 ISO 683/1-87 C35 EN 10083-2-91 C35 DIN 17200-87C35E EN 10083-1-91 CK35 DIN 17200-87C36 EN 86-70 C35 DIN EN 10083-2-91
Francie Velká Británie RuskoC35 NF A 37-502-84 40HS BS 1449/1-91 35 GOST 1050-88XC38 NF A 35-554-82 C35 BS EN 10083-2-91XC38H1 NF A 35-552-84 080A35 BS 1449/1-91C35 NF EN 10083-2-91 080M36 BS 970/1-83
USA Japonsko KanadaGr. 1035 ASTM A576-81 S35C JIS G4051-79
S35CM JIS G3311-88 – –S38C JIS G4051-79
Itálie Rakousko ·védskoC35 UNI 7065-72 C35 ÖNORM M3161 1550 SS 141550-90C35 UNI 7845-78 C35S ÖNORM M3120-86 1572-02 SS 141572C36 UNI 8551-84 C35SW ÖNORM M3108-67C35 UNIEN10083-2-91C35E UNIEN10083-1-91
Polsko Maìarsko Norsko35 PN H84019-93 C35 MSZ 61
C35E MSZ 61 – –MC MSZ 1745-79
Finsko ·v˘carsko ·panûlsko455 SFS 455 C35 10645 C35 UNE 36051-91
Ck35 10645 C35K UNE 36011-751C35 UNE 36051C35 UNE EN10083-2-91
Austrálie âína Rumunsko1035 AS 1442-92 35 GB 699-88 OLC35q STAS 8949-82K1035 AS 1442-83 35 GB 3275-91 OLC35x STAS 880-88
