Mechanikai Technológiai Tanszék 2004.02.26. Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II. Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék 2004.02.26. Hőkezelési műveletek tervezése   Hőkezelő eljárások: 1. melegítésből (hevítésből), 2. hőntartásból és 3. hűtésből összetevődő ciklusok egyszeri vagy többszöri végrehajtása. Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék A technológiai adatok megadásához elegendő a hőmérsékletváltozást ténylegesen leíró függvény használata helyett egy egyszerűsített ábrázolás, egyenes szakaszokból felépített diagramon Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék 2004.02.26. Az alábbi technológiai adatok megadása szükséges Tm, °C: melegítési hőmérséklet, tm, h, vagy min, melegítési idő: a darab teljes átmelegedéséhez szükséges idő, tmf, h, vagy min, felmelegítési idő: a darab felületének a melegítési hőmérsékletre hevítéséhez szükséges idő, tmk, h, vagy min, hőkiegyenlítési, vagy átmelegítési idő: a darab magjának a melegítési hőmérsékletre hevítéséhez szükséges idő, miután a felület elérte a kívánt hőmérsékletet, tt, h, vagy min, hőntartási idő: a darab állandó hőmérsékleten tartásának időtartama, th, h, vagy min, hűtési idő: a darab teljes keresztmetszetben való lehűtéséhez szükséges idő. Mechanikai Technológiai Tanszék

1. A melegítés tervezése:   A hevítés hőmérsékletét alapvetően az alkalmazandó hőkezelő eljárás és acél minőség szabja meg. Használunk: Fe-Fe3C diag., szabványok, C görbék, katalógus, megeresztési diagramok, ausztenitesítési diagramok A hőmérsékletkülönbség függ: hővezető képesség (), méret (L), és a hőátadási együttható (α) Bi=α∙L/  Hőtech. Jellemző L jellemző méret: gömb, henger sugara (r) Lemez vastagságának a fele!!! (s/2) A hevítendő anyagokat megkülönböztetjük: Hőtechnikailag vékony test keresztmetszetében hevítés során a hőmérsékletkülönbség figyelmen kívül hagyható, azaz Bi≤0,25 Hőtechnikailag vastag testeknél el nem hanyagolható hőmérsékletkülönbség alakul ki. Bi≥0,5 Átmeneti 0,25 ≤ Bi ≤ 0,5 Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék Az adott minőségű és méretű ( és L adott) gyártmány a hőátadási együtthatótól, azaz a hevítés sebességétől függően tekinthető vékonynak (lassú hevítés), vagy hőtechnikailag vastagnak (gyors hevítés). Acélok ( adott) hőtechnikailag vékony, illetve vastag testnek számító munkadarab a jellemző méret (L) és a kemencehőmérséklet függvényében. Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék Hőtechnikailag vékony test állandó hőmérsékletű kemencében való hevítésének egyenlete Jelölés: Tk: a kemence hőmérséklete [°C] T: a test pillanatnyi hőmérséklete T0: a test kezdeti hőmérséklete Tm: a test előírt hőmérséklete Darabnak dt idő alatt átadott hőmennyiség dQ= α(Tk-T)Adt (1.) Darab dT értékkel való hőm. növeléshez szüks. Hőmennyiség dQ= cmdT (2.) (1.) és (2.)-ből α(Tk-T)Adt=mcdT Ebből a hevítési idő Ha c, α Tk állandó, a melegítési idő t: idő [s] C: fajhő [J/ kg∙°C] α: hőátadási együttható m: test tömege [kg] A: test felülete Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék A darab tömegének és felületének viszonya ρ: a darab sűrűsége kg/m K1 alaki tényező Összességében a melegítési idő Azaz vékony testeknél egyenesen arányos a test jellemző méretével, és fordítottan a hőátadási együtthatóval (hevítés sebességével). Habár α értékét sok midnen befolyásolja, jól használható A jobb oldali ábra. Ezen látni, higy a hőm növ.-vel nő a fajhő is. Számítások során közepes fajhővel szokás számolni, ezt táblázatok is tartalmazzák, pl: 2.1 tábl. 3 Mechanikai Technológiai Tanszék

Hőtechnikailag vastag testeknél Melegedési folyamat a Fourier-féle diff. Egyenlettel írható le: ,ahol a: hőmérsékletvezetési együttható ∆: Laplace opertátor Jelentős számítási igény miatt számítógépet alkalmaznak Végeselemes módszerrel ötvözve (csomópontoknál lépésenként számol) Kezdeti- és peremfeltételek megadása szükséges (pl: kemence hőmérséklete, és a darab felületének hőmérséklet változása) Számítási igény csökkenthető, ha szimmetriát alkalmazunk Számítás folyamatterve Eljárás továbbfejlesztése, matematikai modell a betáplálási adatokkal tetszőleges esetre számításokat elvégzi, jelentős selejt csökkenés Hevítés folyamatirányítására (vezérlés) is hasznos Nagyobb méretű, erősen ötvözött acéloknál egyenetlen melegedés -> termikus feszültségek-> korlátozzák a hevítési sebességet (lépcsős hevítés) Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék A gyakorlati tervezéshez ajánlásokat alkalmazunk Egyedileg elhelyezett daraboknál, szakaszosan működő, ill. áthúzó kemencékre alkalmazható. A, Normalizáláshoz, edzéshez B, Megeresztéshez A hőmérséklet- idő diagramok a kemence hőmérsékletére vonatkoznak. A karbonegyenérték kiszámítása: Ce = C + 0,2 Mn + 0,25 Cr + 0,33 Mo + 0,1 Ni , ahol az egyes elemek mennyiségét tömegszázalékban kell beírni A diagramok felső része a melegítés lépcsőinek számát (a megfelelő hőmérsékleten) adja meg, az alsó a melegítés időtartamát. Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék Megeresztéshez Normalizáláshoz, edzéshez Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék Szerkezeti acélok ausztenitesítési hőmérsékletre való hevítéséhez ahol: tm – melegítési idő (s) L – a jellemző méret (mm) tf – fajlagos melegítési idő (s.mm-1) kf – formatényező ke – elhelyezkedésből adódó helyesbítő tényező Mechanikai Technológiai Tanszék

Fajlagos melegítési idők (tf) hengeres darabra Hevítő berendezés Melegítési hőmérséklet, °C Melegítési idő, tf, a munkadarab átmérőjének 1 mm-ére számítva, s szénacél ötvözött acél Lángkemence 800-900 60-70 65-80 Elektromos kemence 770-820 820-880 60-65 50-55 70-75 Sófürdő 12-14 10-12 18-20 16-18 Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék 2004.02.26. Különböző alakú munkadarabok formatényezői (kf) A munkadarab alakja Jellemző méret, L Formatényező, kf golyó golyóátmérő 0,70 kocka élhosszúság henger átmérő 1,0 hasáb gyűrű gyűrűszélesség gyűrűvastagság 1,5 lemez vastagság 2 cső falvastagság 2,0 rövid nyitott csőnél 4,0 hosszú csőnél 4,0 zárt csőnél Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék Hevítési módszerek: behelyezés Tk hőmérsékletű kemencébe b) kemencével együtt való melegítés c) két lépcsős előmelegítés alkalmazása Mechanikai Technológiai Tanszék

A hőntartás tervezése:   Hőtechnikailag vékony testek a teljes keresztmetszetben egyszerre érik el a kívánt hőmérsékletet, a hőntartás ettől az időponttól számítható. Hőtechnikailag vastag testeknél a mag előírt hőmérsékletre melegedése jelenti a hőntartás kezdetét. A hőntartás során mennek végbe, illetve fejeződnek be a hőkezelés jellegének megfelelő fémtani folyamatok. A hőntartás idejét meghatározza a hőkezelés célja, anyagminőség, kiinduló szövetszerkezet, stb. A hőntartás idejét tapasztalati adatok, kísérleti eredmények, vagy számításokon (pl. diffúziós folyamatoknál) nyugvó összefüggések alapján határozhatjuk meg. Egyes hőkezelő eljárásokat ismertető segédletek tartalmazzák ezt. (A hőntartás ideje a szükséges minimum legyen, pl: szemcsedurvulás miatt) Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék A hűtés tervezése:   Szintén az alkalmazandó hőkezelési eljárásból és és anyagminőségből kell kiindulni. A hőkezelési célt szolgáló hűtési sebességet leggyakrabban a folyamatos hűtésre érvényes C-görbékből határozzuk meg. Tervezéskor ki kell jelölni a hűtés körülményeit az eljárást (folyamatos, tört edzés, megszakított edzés, lépcsős edzés, stb.) A hűtőközeget és annak hőmérsékletét Figyelembe véve a darab alakját, anyagát, méretét Belső és maradó feszültségek alakulásának elemzését  Hűtési módok: Folyadékba való bemártással, Folyadéksugárral, Levegőn, Kemencében, stb. Leggyakrabban folyadékokat alkalmaznak: Víz, Ásványi olajok, Só- és fémolvadékok, Szerves polimeroldatok.  Edzőközegek: víz vagy leggyakrabban olaj. Mechanikai Technológiai Tanszék

Mechanikai Technológiai Tanszék Vizes edzés szénacélokra, gyengén ötvözött acélokra korlátozódik. Polimer oldatok a koncentrációval változtatják a hűtőképességüket, környezet- és balesetvédő, költséghatékony  Az eddigieket összegezve a gyakorlatban Kísérletileg felvett görbéket alkalmazunk Elég ismerni az acél lehűlési idejét az átalakulási hőmérsékletről 500°C-ig, az így berajzolható görbe elegendő pontossággal mutatja a keletkező szövetet. Lépcsős hűtésnél az időzés időtartamának megállapításához az izotermás C görbét használjuk segédletként.   Mechanikai Technológiai Tanszék