Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012 Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 1 HŐKEZELÉSI TECHNOLÓGIÁK SZÁMÍTÓGÉPES TERVEZÉSE.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012 Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 1 HŐKEZELÉSI TECHNOLÓGIÁK SZÁMÍTÓGÉPES TERVEZÉSE."— Előadás másolata:

1 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 1 HŐKEZELÉSI TECHNOLÓGIÁK SZÁMÍTÓGÉPES TERVEZÉSE HEFOP Dr. Frigyik Gábor egyetemi docens Miskolci Egyetem Mechanikai Technológiai Tanszék

2 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 2 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Acélok felhasználói tulajdonsága függ: - kémiai összetételtől - maradó fesz nagyságától és elosztásától De ezek is kölcsönhatásban vannak Pl: - szövetszerkezet változás - fajtérfogatváltozás -Feszültség - húzó fesz. segíti az ausztenit bomlását - nyomó fesz. nehezíti az ausztenit bomlását Ezek a tényezők legegyszerűbben „Hőkezeléssel” változtathatók Hőkezelés csoportosítása: (milyen térfogatra terjed ki a tulajdonság változtatás) - térfogati (cél) - felületi hőkezelések

3 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 3 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Sok esetben az igénybevétel olyan, hogy - a felület kopásnak - a mag dinamikus igénybevételnek van kitéve Megoldás: keresztmetszetben heterogén szerkezet kell Lehetőségek - felületi réteg fémtani állapotának változtatása ( pl.: görgőzés, sörétezés, edzés) - felületi rétegben megváltoztatjuk a kémiai összetételt és fémtani állapotot ( Ez a felületötvöző vagy termokémiai kezelés)

4 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 4 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Csoportosítás: az ötvöző elemet leadó hézag halmazállapota szerint - szilárd - folyékony - gázközegű Ezek különböznek a: - költségek - réteg szerkezete - réteg tulajdonsága - környezet károsítása tekintetében A szilárd (por) közeg → korszerűtlennek tűnik, de kis üzemben előnyös (egyszerű, olcsó) Sófürdő → szabályozási nehézségek, környezetszennyező nem perspektívikusak Gázközeg → jól szabályozható, könnyű automatizálhatóság környezetvédelmi szempont szerint kedvező (jelen és a jövő!)

5 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 5 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Fizikai kémiai folyamatok: Technológiától függetlenül az ötvöző elemet az acél gázfázisból veszi fel. A felületötvözés részfolyamatai: - kialakul egy gáz-fém határréteg - határréteg disszociál → aktív ötvöző keletkezik - ötvöző elem adszorbeálódik → kialakul ötvözőben gazdag fázik - megindul a diffúzió a mag irányába Diffúzió a ferritben vagy az ausztenitben valósul meg Megfontolandó: - a feltételek javulnak a T növelésével, de - a környezetben oxidálódik a felület, - romlik a korábbi hőkezeléssel elért tulajdonság, - ugyanakkor a Diffúziós tényező a ferritben nagyobb

6 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 6 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Kialakuló kéreg vastagsága: ahol: - x, mm - k, konstans mm/óra, ez függ a db minősségétől és T-től - t, idő, óra T és t együttes hatása látható T növelése kedvezőbb a kéregvastagság növelése szempontjából. Ipari gyakorlatban a „ nem fémekkel” való ötvözésé a vezető szerep. Ezek közül is a C, N, esetleg B

7 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 7 TERMOKÉMIAI KEZELÉS CEMENTÁLÁS, BETÉTEDZÉS Cementálás – kéreg C-ban való dúsítása → HV Cem + edzés = betétedzés Alkalmazás: ha C< 0,2% (betétben edzhető acélok) 0,75 < C < 1,2% (MSZ 31 szerint) 0,1 < X < 3,0 mm Előfordul nagyobb C% - ú, ötvözött acélok cementálása Pl.: golyóscsapágy acélok, Cr ötvözésű szerszámacél Itt a cél a kopásállóság javítása Me 3 C, Me 7 C 3, Me 23 C 6 karbidokkal illetve: kedvező R maradó kialakítása

8 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 8 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Cementálás szilárd közegben Cementálószer: BaCO 3 + Na 2 CO 3 + faszén + kokszpor Ezt és a db-kat dobozba rakják és légmentesen lezárják. T= °C lejátszódó reakciók: BaCO 3 → BaO + CO 2 CO 2 + C faszén → 2 CO 2 CO → CO 2 + C aktív C aktív + Fe → Fe (c) Paraméterek:Megfontolandó: T = 900°C- T min → ahol elbomlik a BaCO 3 t = 10 – 20 óra- T max, akkor diff. seb. , de x = 0,1 – 0,15 mm/óra- szemcsedurvulás lesz

9 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 9 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Cementálás folyékony közegben: Hagyományos sófürdő + C leadó adalék (NaCN, KCN) Vegyi reakciók: 2NaCN + O 2 = 2NaCNO 2NaCNO + O 2 = Na 2 CO 3 + CO + 2N 2CO → CO 2 + C aktív C aktív + Fe → Fe (c) Paraméterek:T cem = °C t X=1,5mm = 5 – 10 óra Az adalék tiltott! (Egészség és környezetkárosító) → Előnyösebb a gázcementálás

10 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 10 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Gázközegű cementálás Közeg: legalább 90% metán tartalmú földgáz Ez disszociál: CH 4 → 2 H 2 + C aktív A keletkező C aktív megkötödik a felületen Paraméterek: T cem = °C T x= 1,5mm = óra Fémtani problémák - Ha C> 0,8% → karbid háló - T cem nő → szemcsedurvulás - x → kopás, teherviselés

11 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 11 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Cementálást követő hőkezelések - Keménység és kopásállóság növeléséhez → edzés - Cél: a mag és kéreg megfelelő tulajdonságainak biztosítása Közvetlen edzés - megengedett az eldurvult szemcseszerkezet, - a szerényebb mechanikai tulajdonságok Szövetszerkezet: - mag: durvaszemcsés F + (P) - kéreg: durva M tűs Megeresztéskor a M stabilabbá változik

12 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 12 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Egyszeri edzés Cementálás után hevítés a kéreg C%-nak megfelelő T-re és innen olajban hűtés - Technológiai adatok számitása hasonló az edzésnél megismertekhez. - Hevítés szabályozott atmoszférában végzik ( dekarbanizáció!) Szövetszerkezet: - mag: durva szemcsés F + (P) (Csak örökletes finomszemcsés acéloknál megfelelő a mech. tulajd.) - kéreg: finom tűs M

13 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 13 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Kettős edzés Akkor alkalmazzák, ha szükség van a kéreg és a mag szerkezetének megváltoztatására Első edzés T = Tmag (normalizálás) - finomodik a mag, - kéregben a karbidható feloldodik Második edzés - a kéreg C%-nak megfelelő Megeresztés: kéreg tulajdonságainak beállitása

14 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 14 TERMOKÉMIAI KEZELÉS NITRIDÁLÁS Nitridált kéreg szerkezete Megértéséhez szükséges ismerni a Fe – N metastabil rendszerű állapot ábrát. Különböző fázisok jellegzetességei: α - TKK, nitroferrit - N az oktaéderes pozíciókban - N max old. 590°C-on0,115% 20°C –on0,004% - ferromágneses

15 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 15 TERMOKÉMIAI KEZELÉS γ - nitroausztenit FKK - N az oktaéderes rácshézagban - Max N oldása = 2,8% T= 650°C –on - Lassú hűtéskor eutektoidosan braunitra bomlik - Gyors hűtéskor → nitromartenzit keletkezik - Ez a α’ - N – ben túltelitett szilárd oldat → tetragonális - Ez megeresztésállóbb mint a M(C) - Megeresztéskor Fe 16 N 2 ( α ” fázis) majd Fe 4 N ( γ ’ fázis) válik ki γ ’ (Fe 4 N) - rendezett rácsú szilárdoldat - összetételekben 590°C-on a N= 5,3 – 5,75% - FKK rácsú - N az oktaéder rácshézagban - Ferromágneses - T < 670°C alatt stabil. E felett ε - ná alakul

16 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 16 TERMOKÉMIAI KEZELÉS ε – Fe 2-3 N rendezett rácsú szilárdoldat - N = 4,55 – 11% között változik - Hexagonális - N az oktaéderes rácshézagban - T = 650°C – eutektoidos bomlás: - Ferromágneses ξ - rombos kristályszerkezetű - N = 11,07 – 11,18% - T < 500°C – on stabil - Több C-t tud oldani, mint az ε - Összetétele: Fe 8 C 3 N és Fe 2 N között változik - Nitridálás szempontjából nem lényeges fázis

17 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 17 TERMOKÉMIAI KEZELÉS - γ ’, ε, és ξ fázisokat nitridnek nevezik - γ ’ – C oldása elhanyagolható - Az α karbonja csökkenti az N oldhatóságot - ötvözők: - megváltoztatják az α, γ ’ és ε N oldódását - W, Mo, Cr, Ti, V növelik az α -ban a N oldódását - ötvözött acélban γ ’ és ε fázisok komplex nitrid és karbonitrid (Pl.: Fe, Me 4 N; FeMe 3 NC stb.) - γ ’ -ben az Al és Si nagy mennyiségben oldódhat - szélesítik a γ ’ homogén területét! - ε -ban oldódók növelik a keménységét! - Ötvöző nitridek is keletkeznek - Ezek nagy N tartalmúak

18 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 18 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Nitridált kéreg kialakulása: Nitridálás előtti állapot: - lágyított, normalizált állapot szövetszerkezet: F + P - nemesített: szferoidit Kiinduló állapot: Fe alapú szilárd oldat + karbid Nitridálás hőmérséklete: - minél magasabb legyen (diffúzió miatt) - ugyanakkor ne rontsuk el a korábban kialakított tulajdonságot - kéregben ne legyen fázisátalakulás (strukturális feszültségek) Ezek figyelembevételével: T nitridálás = °C

19 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 19 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Kéreg kialakulásának mechanizmusa: - adszorbeállódott N-t oldja az α szilárdoldat - felületen kialakul egy telítetlen α - megindul a N diffúziója a mag irányába - adszorpció gyorsabb, mint a diffúzió - t 1 időpontban a α telítetté válik - csíraképződéssel megjelenik a γ ’ (szemcse-, mozaikblokkhatáron, diszlokációhoz) - első csírák a felületig kiérő α határa - γ ’ csak a túltelített α -ban növekedhet → a felületen összefüggő γ ’ kéreg - a kéregvastagság nő - γ’ kialakulása → ugrásszerű N% - Felületen telítődik γ’ -ben a N → megjelenik az ε. ε N tartalma széles határokon belül változik. - γ’ és ε határon ugrásszerű N% változás

20 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 20 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Kialakult kéreg: T < Ac 1, Ha ezt lehűtjük szobahőmérsékletre: fázisokból fog állni Ötvözött acélokban az ε két fázisból áll. felül: (FeMe) 2 CN és majd kialakul az (FeMe) 3 CN Különbség: 2%N A nagy N%-u ε -ban a N atom „ kiül” a rácshibákra → atomok molekulává rekombinálódnak → nő a nyomás → mikrorepedés → oxidáció → Fe 2 O 3 → pórusképződés → csökkenti a HV-t, kopásállóságot - ε porozitása függ a % -től - c% csökkenti a N diffúzióját → növeli pórusképződést → csökkenti HV-t

21 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 21 TERMOKÉMIAI KEZELÉS - ε alatt helyezkedik el a belső nitridálódási zóna - Ez vas-nitridből és ötvöző nitridből áll -Nitridképződés térfogatnövekedéssel jár - torzul az α - rácstorzulás és a nitridek gátolják a diszlokációkat(Cr, Mo) → csökken az A 5 és nő az R m és R eH, HV A hatás akkor jelentős, ha a nitridek koherensek. Ha nagyobb méretű nitridek keletkeznek → nem a rács torzulás hanem ezek távolsága a meghatározó → Kisebb lesz a HV

22 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 22 TERMOKÉMIAI KEZELÉS A kéreg jellemző tulajdonságai Kéreg: 1. vegyületi zóna 2.diffúziós zóna Vegyületi zóna: (telitőközegtől függően) - ε - nitrid - ε karbonitrid - ε oxinitrid - ε oxi-karbonitrid ε Fázis alatt van az ε + γ ’ zóna. γ ’ mennyisége függ a hűtés sebességétől Vegyületi zónára jellemző: - HV és kopásállóság - igen vékony 0,01 – 0,025 mm HV ε porózus karbonitrid = 200 – 300 MHV HV ε tömör karbonitrid = 900 – 1600 MHV

23 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 23 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Diffúziós zóna: α + nitridek Tulajdonsága függ: - a nitrid minőségétől - mennyiségétől - eloszlásától - méretétől - alakjától befolyásolható: - hőmérséklettel - idővel tulajdonsága függ az ötvözöktől és N%-tól Al és Si a γ’ -ben összpontosul Cr, Mo, Ti, V α -ban oldódik HV= f(techn. paraméter, ötvöző %) = 500 – 1000 HV10 Alacsonyabb hőmérsékleten nagyobb keménységű diffúziós zóna állítható elő.

24 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 24 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Szerkezeti acélok nitridálása Hatás: - kopásállóság javul –kifáradási határ nő Mag tulajdonságát korábban alakitják ki (normalizálás, nemesítés). Kéreg vastagsága és szerkezete függ a nitridálás előtti fémtani állapottól (szövetsz.) Diffúziós egyenletből következik: - N behatolási mélysége –x= f (T) exponiciális, míg az időtől – másodfokú parabola szerint változik –Nitridálás közben az anyag megeresztődik –Csökken a kifáradási határ, mivel: - csökken a magszilárdság - Kisebb lesz a kéregben a nyomófeszültség →Korábbi megeresztés T > Tnitridálás + 50°C legyen

25 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 25 TERMOKÉMIAI KEZELÉS - Vegyületi zóna tulajdonsága függ az ε N%-tól - Kedvezőbb a kis N% az ε - ban - Ha T nitrid növeljük → nő a N diffúziója → csökken az ε N tartalma és csökken a HV eloszlás meredeksége. - Az ε vastagsága a megengedhető kopás mértékétől függ. (Felesleges növelni) - De a R maradó = f (x, ε, és a szerkezettől) optimális, ha : ε = 15 – 20 µm ha ε > 20µm → csökken a kifáradási határ Méretváltozás! Mivel – nitridképződés → fajtérfogatváltozás → megeresztődés - Db. duzzadni fog → nomogrammok → tervezhető a méretnövekedés

26 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 26 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Szerszámacélok nitridálása - Igénybevételek: - koptató - felületi, ill. élnyomás → ciklikus → fáradás - sokszor ütésszerű → Kemény kéreg és nívós kéreg alatti rész kell! - Forgácsoló és alakító szerszámoknál előnyös a nitridált kéreg. - Gyorsacélnál: felületen csak diffúziós zóna keletkezzen. - vágóélen kisebb a súrlódási erő → kisebb az él T-e - kisebb a diffúziós kopás - csökken a forgács szerszámra tapadása - lényeges a maradó feszültség eloszlása - Kéregben jelentős nyomófeszültség (kedvezö) - Átmenet 0,05 – 01 mm-nél - Felületen a keménység: 1100 – 1400MHV - Ez növelhető az α ötvözésével Kedvező a hőállósága: 700°C-on a HV = 700 MHV pl.: K13, K14, R3

27 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 27 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Nitridálás technológiája: - Legrégebbi felületötvözés (Damaszkuszi kard) Nitridálás sófürdőben: - Sók termikus bomlásakor keletkező N-t használják - Káros egészségre, környezetre (KCN, NaCN) 2KCN + O 2 → 2KCNO 2KCNO + O 2 → K 2 CO 3 +CO + 2N aktív Gyakorlati megoldás Nem használják!

28 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 28 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Gáznitridálás: - T = °C kell az N aktív → N leadó közeg az NH 3 - T = 400°C-on 2NH 3 → 3H N aktív - Gázt áramoltatni kell, mert N + N = N 2 gáztér aktívitása függ a disszociáció fokától Ez pedig: T, p, v felület min-től - nitridálás gyenge túlnyomással (p = 500 Pa) Paraméterek: - T = f(s, felületi HV)- vékony, nagy HV réteg kis T-en - vastagabb de kisebb HV réteg magasabb T-en - Általában aknás retortás kemencében végzik - Ha kemény, kopásálló kérget akarunk → NH 3 + C tart. Keverék - Ha a vegyületi zónát akarjuk változtatni → az NH 3 -at hígítani kell N 2, H 2, Ar H 2 – vékonyabb zónát eredményez N 2 – vastagabb zónát eredményez

29 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 29 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Ionnitridálás: - Legkorszerűbb, gyártósorba is beépíthető -Technológia - Db.-ot tartályba helyezzük, villamosan elszigetelve katódként kapcsoljuk - Levegőt kiszívják, majd feltöltik N 2, N 2 +H 2 -vel - Katódporlasztással tisztitjuk, aktiváljuk a felületet p=0,1 - 0,2 kPa, U=1000V - Nitridálás :p=0,2 -2 kPa,U=400 – 1000V - Folyamatok: - N+++ → a felületre csapódnak → T= °C - Fe++ távolit el - A plazmában nitrideket alkotnak és ezek a felületre egyenletesen lerakódnak - Diffúzióval megindul a kéreg képződése - nitridálási idő: 15 – 30 perc

30 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 30 TERMOKÉMIAI KEZELÉS Nitridálás számitógépes tervezésének alapadatai Kívánalom: Kéreg – vastagsága - keménysége - szerkezete - maradó feszültség Paraméterek T, t, p, gázösszetétel, sebesség felületminőség, U Irodalomban kevés konkrét adat van. A számitógépes tervezés lehetőségével a VEM alkalmazás feltételeivel a későbbiekben találkozhatunk.

31 HEFOP Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 31 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!


Letölteni ppt "HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012 Miskolc, 2006 Miskolci Egyetem Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése 1 HŐKEZELÉSI TECHNOLÓGIÁK SZÁMÍTÓGÉPES TERVEZÉSE."

Hasonló előadás


Google Hirdetések