HŐKEZELÉSI TECHNOLÓGIÁK SZÁMÍTÓGÉPES TERVEZÉSE Dr. Frigyik Gábor egyetemi docens Miskolci Egyetem Mechanikai Technológiai Tanszék HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Hegesztés (definíció) Ömlesztő Sajtoló Pontszerű hőforrást feltételezve a T eloszlása

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Hegesztési hőciklus hatása - szövetszerkezeti változások → strukturális fesz. - egyenlőtlen a hőmérsékletváltozása → különböző folyási határok → gátolt dilatáció és zsugorodás → termikus feszültségek - Kialakulhat többtengelyű húzófeszültség → repedés, vagy kedvezőtlen a fáradással, fesz korrózióval szemben - Heg. termék előállitásához alapvető a megfelelő felhasználói tulajdonság - Ez hegesztés előtt, vagy utáni hőkezeléssel érhető el - Hőkezelés célja: kívánt szemcseméret, szövetszerkezet kialakitása - Kedvező feszültségi állapot elérése - Ridegtöréssel szembeni ellenálás javítása - A kötés korrózióállásának növelése Továbbiakban visszük a tulajdonság javításának lehetőségeit.

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Ötvözetlen kis C% acél hőhatásövezete H.H.Ö. zónáit célszerű a varratra merőleges irányban vizsgálni.

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Hegedési övezet T= TL – TSZ Hegedés – vegyes krisztallitok létrejöttével Szemcseszerkezet eldurvul Kémiai összetétele eltér a varattól (c, s, p) és a Diffúzió mindkét irányban Döntően befolyásolja a kőtés minőségét korrózió, rep. képződés, fáradás, ridegtörés övezet szélessége függ a ΔT= TL – TSZ tól → 0,1 – 0,4mm Túlhevített övezet - Tsz - 1100°C - Lesz α → γ → α átalakulás - Eldurvul az ausztenit szemcseszerkezete - φ a T-tel exponenciálisan nő - szövetszerkezet lehűlés után függ a %-tól és a v-től - Beedződhet! - Olyan hegesztési hőciklus kell, ahol a legkeskenyebb ez a zóna.

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Normalizálás övezete - 1100 – A3 között - Homogén, finomszemcsés ausztenit képződik - Lehűlés levegőn → finom szemcsés F + P - Ez megfelel a normalizálás hőkezelésnek - Mechanikai tulajdonsága jobb, mint a melegen hengerelté. Részben átkristályosodott övezet - A3 – A1 között - Mechanikai tulajdonság eltérő (Jobb, rosszabb) Újrakristályosodási övezet - A1 - 500°C között - Csak, ha előtte hidegen alakitották az acélt - Szemcsedurvulás, ha λ= 8 – 10 % volt - Lehet kiválásos keményedés, ha C > 0,3 % - Gyors hűlés esetén martenzite öregedés veszélye (C,N) - Ez nincs döntő hatással a kötésre

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Kéktörékenységi övezet - 500 - 100°C között - Ridegedni fog, ha 0 > 0,05%, N > 0,005%, H > 0,0005% - Csökken a fajlagos ütőmunka - A varrat 20-40mm-re van → nem kritikus Ez előbbiekkel – egyrétegű varratra vonatkoznak Többrétegű varratnál → előzőek hőkezelődnek → normalizálás, szemcsefinomodás Ennek ellenére csak akkor hőkezelik ezeket az acélokat, ha az a cél: - a maradó feszültség csökkentése - a szemcsefinomítás, - újrakristályosítás, vagy - a megmunkálhatóság

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Alkalmazott hőkezelések - normalizálás - feszültségcsökkentő hőkezelés Ezek modellezését láttuk korábban Normalizálás főleg egyrétegű varratoknál - A db egészét kell hőkezelni - Változik a varrat és az a.a. szemcsemérete - Helyi melegítés nem jó → hűlés után a kötés környezetében huzófeszültség marad vissza. Feszültségcsökkentés - nem változik a szövetszerkezet - végezhető helyileg is - nem szükséges hosszú idő - meggondolandó a hűtés sebessége - e hőkezelés különösen fontos a lúgos közegben üzemelő hidegszívós acéloknál (TTSt35)

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Ötvözetlen vagy kissé ötvözött közepes karbon tartalmú acélok Hegesztés során jelentős lehet a hidrogén és a martenzit ridegítő hatása. A hidrogén szobahőmérsékleten is diffúzió képes. A szemcsehatárokon, kristályhibákon kiválik és ott molekulát alkotva a környezetét feszítve rídegitő hatást fejt ki. A martenzitképződés veszélye a tartalom növekedtével fokozódik. Ez csökkenthető, ha előmelegitést alkalmazunk, ugyanis így csökken a hűlési sebesség és a martenzit mellett, megjelennek más bomlási termékek.

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Az előmelegitési hőmérséklet meghatározása Az acél C tartalmát, ötvözőit, valamint a hegesztett termék vastagságát (merevségét) szokták figyelembe venni. Az acél kisérő elemeinek hatását a karbonéhoz hasonlitják és együttes hatásukat u.n. karbonegyenértékkel fejezik ki. A karbonegyenérték számitására számos módszer ismeretes. Az MSZ és számos más európai ország szabványa az ötvözetlen és gyengén ötvözött acélokra a következő karbonegyenérték számitását írja elő: Ce éppúgy, mint a többi elem értéke tömegszázalékban értendő

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Melegszilárd acélok Ezek Cr, Mo, V ötvözöttek (1-2%-ban) Jellemzőjük: - Cr ötvözés csökkenti az eutektoidos összetételt - Cr ötvözés jelentősen növeli az Ac hőmérsékletet - Krómkarbid keletkezik, így homogén A csak magasabb hőmérsékleten is hosszabb idő után keletkezik. - C% kicsi → magas az MS= 400-500°C - Mo növeli a 1/10000, és a megeresztésállóságot - Ötvőzők az inkubációs időt jelentősen növelik - H hatására elridegednek Ezek alapján: előmelegités általában meggondolandó

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Ötvözetlen és Mn-nal, Mo-nel gyengénötvözött acélok Ezek TÜ = 450°C Jellemző összetétel: C< 0,1% Cr< 0,3% Mn< 1,6% nem kell előmelegiteni Mo< 0,4% C-görbe alapján hegesztéskor, ha a varrat 20s alatt nem hűl le 500°C alá → Ferrit kiválás - Kis tömegű alkatrésznél: meg kell akadályozni a túlhevítést - s > 15 mm vastagságnál célszerű a feszültségcsökkentő hőkezelést alkalmazni.

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Cr-mal, Mo-nel ötvözött acélok Hegesztés után mindig kell hőkezelni C= 0,1- 0,25% Mo= 0,2 – 1,0% Cr= 0,3 – 2,5% V= 0,6 – 1,0% Hegesztés után 500°C-ig 30 – 60 s alatt hűljön le a varrat. Olyan előmelegités kell, ami ezt biztositja a szövetszerkezet: 10% M + 90% B Hegesztés után 0,5 óra hőkiegyenlitést javasolnak.

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Hegesztés utáni hőkezelések Normalizálás Teljes lágyítás Nemesítés Egyszerű lágyítás

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Ferrites krómacélok Ezen acélok: Cr=12 – 18%

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Hegesztésnél gond: Nincs átkristályosodás lehűléskor nincs szemcsefinomodás T> 1150°C fölött szemcsedurvulás - Kis hőbevitellel kell hegeszteni, így: - keskeny lesz a durvaszemcsés hőhatásövezeti zóna - nem számottevő a maradó feszültség Ha C> 0,01%- tágul az ausztenitmező Ferrit mellett megjelenik az ausztenit – lehűlés után martenzit A martenzit és a szemcsedurvulás ridegítő hatása miatt: Előmelegités kell: T=200 - 300°C-on Hegesztés után lassan kell hűteni T= 100 - 150°C-on t= 0,5 – 1 óra hőkiegyenlités Innen megeresztés T= 700 - 750°C-on

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Ausztenites krómnikkel acélok C= 0,02 – 0,1% Lassú hűtés esetén a szövetszerkezet heterogén Hegesztéskor probléma: melegrepedékenység – korrózióállóság oka: alacsony olvadáspontú eutektikumok - Fe – FeS Tolv= 988°C - Ni – NiS Tolv= 630°C - Fe - Fe2 Si Tolv= 1212°C

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Hegesztett kötés hőhatásövezete 1. Varrat - öntött, heterogén szövetszerkezet, összetétel Károsodás jellege - Korrózió - Melegrepedés - Mech. Tulajdonság - Primér γ , δ, Me (N, C) - Varrathibák

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE 2. Részleges megolvadt zóna - Ugrásszerűen változik az összetétel T > 1400°C - T= 400 - 800°C hőmérséklet hatására kiválások képződnek - Korrózió veszély 3. Túlhevített zóna - T= 1150 - 1400°C - oldódnak a Me( C, N) - T= 400 -800°C további kiválások - szemcsedurvulás - korrózió és ridegedés veszély!

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE 4. Oldó izzítás zónája - T= 1000 - 1150°C - Me23C6 és a σ oldódik - δ→γ átkristályosodás - újrakristályosódás (szemcsedurvulás) - lágyulás - ridegedési veszély 5. Stabilizáló izzítás zónája - T= 850 – 1000 - Me ( C, N) stabilizálódik - összetételbeni különbség kiegyenlitődése diffúzióval - hidegalakitási α’ martenzit átalakulása, kilágyulás - nem szokott károsodni

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE 6. Megeresztési zóna - T= 400 - 850°C - szekunder kiválások - Megjelelnik: Me23 C6, Me(C, N) G - δ ferrit átalakul γ - vá - Korrózió és ridegedés veszélye! 7. Alapanyag - alakitott, ausztenites lehűtött - finomszemcsés, - homogén szövetszerkezet Javasolt hőkezelés: ausztenites lehűlés : T=1050 - 1100°C-ról De: TÜ < 500 - 650°C és nincs aktív korróziós közeg.

HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE Erősen ötvözött szerszámacélok

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!