Metallide tehnoloogia kodutöö nr 2 (3)

Eesti Mereakadeemia - Mehaanika - Rakendusmehaanika

5 VÄGA HEA

Kodune töö nr. 2
Üliõpilane:
Ülesanne:
1. Määrake alltoodud detailide termotöötluse viisid ja režiimid, kandke tulemused tabelisse ning põhjendage kirjalikult tehtud valikuotsuseid.

Reduktori võll pikkusega 300 mm ja läbimõõduga 40 mm, materjal teras C40E .

Viil pikkusega 200 mm, ruudukujulise ristlõikega 10 x 10 mm, materjal C125.
2. Koostage lühiülevaade (maht ca 2 lehekülge A4) terase termotöötlusest kõigil alltoodud teemadel:

karastamise ja noolutamise eesmärk;

kuumutusviiside kirjeldus ja kuumutamise kestuse valik;

kuumutustemperatuuri sõltuvus süsinikusisaldusest;

valik ja jahutamiskiirus;

noolutusviisid ja nende kasutusalad.

1. Terase termotöötlus

Terase termotöötlus seisneb kuumutamises üle faasipiiri (de) ning järgnevas jahutmises kiirusel, mil faasimuutused kas toimuvad täielikult, osaliselt või üldse ei leia aset. [1]
Terase termotöötlus on laialt levinud meetod tema omaduste muutmiseks nii materjalil kui ka lõpptoodetel. Termotöötlus võimaldab ühe ja sama keemilise koostise korral saada terve rea erinevaid võimalikke mehaanilisi omadusi. [2]

1.1 Karastamise ja noolutamise eesmärk

Terase tugevuse ja kõvaduse või kõvaduse ja kulumiskindluse tõstmise üheks viisiks on terase karastamine . [2]
Karastamiseks nimetatakse termotöötluse viisi, mille tulemusel saadakse ebastabiilne (mittetasakaaluline) martensiitstruktuur, mille kõvadus on suur (kuni 65HRC). [1]
Noolutus seisneb terase kuumutamises temperatuurini alates 200oC, seisutamises sellel ja jahutamises (tavaliselt õhus). Noolutus tõstab märgatavalt terase sitkust. [1]

1.2 Kuumutusviiside kirjeldus ja kuumutamise kestuse valik

Karastamise tehnoloogiline protsess koosneb järgmistest etappidest:
a) austenisatsioon – terase kuumutamine üle faasimuutuse temperatuuri (üle Ac1 või Ac3);
b) seisutamine sellel temperatuuril, et tagada kogu detailis antud temperatuurile vastava struktuuri tekkimine;
c) jahutamine kiirusega, mis on karastatava terase kriitilisest jahtumiskiirusest suurem, et vältida austeniidi lagunemisproduktide (F ja T) tekkimist. [2]
Kuumutuskestus oleneb mitmest mõjurist nagu kuumutusviis ( elektriahi , soolavann, pliivann) ning ristlõike kujust , läbimõõdust ja paksusest.

1.3 Kuumutustemperatuuri sõltuvus süsinikusisaldusest

Süsinikteraste karastustemperatuuri valikul on aluseks Fe-Fe3C faasidiagrammi teraste osa. Selle järgi võetakse alaeutektoidteraste (0,2-0,8% C) karastustemperatuur 30-50oC üle faasipiiri Ac3, üleeutektoidterastel (C > 0,8%) 30-50oC üle Ac1. Alaeutektoidteraste karastustemperatuuri valikul on lähtutud asjaolust, et karastamisel teisiti – üle faasipiiri Ac1 (s.o. poolkarastus) säilib struktuuris kõrvuti martensiidiga ka ferriit, mis vähendab terase kõvadust pärast karastamist.
Üleeutektoidterastel on seevastu optimaalne karastustemperatuur faasipiiride Ac1 ja Acm vahel (s.o. poolkarastus), mistõttu säilib struktuuris martensiidi kõrval sekundaarne tsementiit, mis suurendab terase kõvadust; teisiti karastades – üle faasipiiri Acm, on jämedateralise struktuuri tekke oht; see teeb karastatud terase hapraks. [1]
Noolutamine on karastamisele järgnev kuumutus allpool faasipiiri Ac1; temperatuuri valimisel lähtutakse soovitud kõvadusest/sitkusest. [2]

1.4 Jahutamiskeskkonna valik ja jahutamiskiirus

Jahutus valitakse niisugune, mis kindlustab terasele vajaliku struktuuri ja soovitavad omadused. Jahutuskiirust saab reguleerida erinevate jahutuskeskkondade valikuga ja nende temperatuuri muutmisega.
Jahutuskiiruse valikul tuleb lähtuda järgmistest põhilistest seisukohtadest: peab olema võimalikult väike (et tekkivad sisepinged oleksid minimaalsed), kui seejuures küllaldane vajaliku struktuuri ja soovitud omaduste saamiseks.
Karastamise seisukohalt on oluline karastuskeskkonna jahutusvõime kriitilistel temperatuuridel – 650-500oC (austeniidi minimaalne säilivus) ja 300-200oC (martensiidi tekkimise algus)
Süsinikteraseid karastatakse vees. Vesi jahutab 300-200oC piirkonnas liiga intensiivselt, kuid vee kuumenemine vähendab jahtumiskiirust tunduvalt ainult piirkonnas 600-500oC. Need on vee kui kasutatavama karastusvedeliku põhilised puudused. Vees karastamine tagab martensiidi tekke ning süsinikteraseid karastatakse kõige sagedamini martensiidile, mis kindlustab maksimaalse kõvaduse.
Jahutuskeskkonnaks võivad veel olla NaCl 10%-line vesilahus 18oC ja mineraalõli 18oC. [2]
Destilleeritud vesi või vihmavesi, mis ei sisalda sooli , jahutavad kaks korda aeglasemalt kui kraanivesi .
Õli jahutusvõime võrreldes veega on 3-4 korda väiksem. Õli kui karastuskeskkonna eeliseks on tema mittetundlikkus temperatuurile – õli jahutab ühesuguse intensiivsusega nii temperatuuril 20oC kui ka 150-200oC. Õli puuduseks on tema tuleohtlikkus ja karastusvõime kadumine aja jooksul. [1]

1.5 Noolutusviisid ja nende kasutusalad

Erinevalt tööriistaterastest püüeldakse konstruktsiooniteraste korral suure sitkuse ja tugevuse poole. See saavutatakse noolutusega suhteliselt kõrgel temperatuuril (450-650oC). Sellist karastust järgneva kõrgnoolutusega nimetatakse parendamiseks.
Vedrude, aga ka teiste vahelduv-korduvatel koormustel töötavate masinaosade korral kasutatakse pinnakõvaduse ja sellega seoses väsimustugevuse suurendamiseks pinnakihi rikastamiseks lämmastikuga, s.o nitriitimist. [1]

2. Antud detailide termotöötluse viisid ja režiimid

Reduktori võll pikkusega 300 mm ja läbimõõduga 40 mm, materjal teras C40E

Viil pikkusega 200 mm, ruudukujulise ristlõikega 10 x 10 mm, materjal C125
Nr
C %
Karastus- temperat . oC
Kuumut. aeg, min
Jahutus-keskkond
Noolutus-temperat. oC
Saadud tõmbe-tugevus, N/mm2
Saadud kõvadus HRC
1.
0,4
900
32 min
Vesi 18oC
~100
550
55
2.
1,25
800
15 min
Vesi 18oC
~180
-----------
64
Tabel 1. Ülesande lahenduse tabel

3. Tabeli täitmise alused

Süsinikusisaldus leiti vastavalt „metallide markeerimise“ juhendile, kust leiab, et teraste süsiniku sisaldus nende nimetuses antakse 100-kordse %-na, seega C40E süsinikusisaldus on 40/100 * % = 0,4 % ning C125 süsinikusisaldus on 125/100 * % = 1,25 %.
Karastustemperatuur (vahemik) leiti kasutades õpikust [2] toodud graafikut ( Graafik 1). Graafikul on toodud süsinikteraste optimaalsed karastustemperatuurid (viirutatud ala) [2] ja sealt võib lugeda, et 0,4 %-lise C-sisaldusega terase karastustemperatuur on vahemikus 815-846 oC ning 1,25 %-lise C-sisaldusega terase karastustemperatuur vahemikus 730-762 oC. Edasiste etappide lihtsustamise eesmärgil valiti esimese terase karastustemperatuuriks 900 oC ja teisel 800 oC.
Kuumutuskestus süsinikterase karastamisel saadi kasutades õpikut [2], tabelit (Tabel 2) ning algandmeid. Arvestades antud mõõtmeid, leitakse kuumutusaja kestus minutites ristlõike mõõtmete iga mm kohta ning seejärel kogupikkuse kohta. Kuumutusviisiks valiti elektriahi, sest see sobib mõlemad terase kuumutamiseks – esimesele terasele vastab (ristlõige ring) kuumutuskestus 0,8min/mm – seega seda elementi tuleb kuumutada 0,8*40 = 32 min, teisele terasele vastab (ristlõige ruut) kuumutuskestus 1,5min/mm – seega tuleb teist detaili kuumutada 1,5*10= 15 min. Graafik 1. Kuumutuspiirkonnad terase karastamisel [2].
Tabel 2. Kuumutuskestus süsinikteraste karastamisel [2].
Jahutuskiiruse valikul tuleb lähtuda järgmistest põhilistest seisukohtadest: peab olema võimalikult väike (et tekkivad sisepinged oleksid minimaalsed), kuid seejuures küllaldane vajaliku struktuuri ja soovitud omaduste saamiseks. Süsinikteraseid karastatakse vees. Vesi jahutab 300-200 oC piirkonnas liiga intensiivselt, kuid vee kuumenemine vähendab jahtumiskiirust tunduvalt ainult piirkonnas 650-500 oC. Need on vee kui kasutatavama karastusvedeliku põhilised puudused.
Teraste kõvadus leiti graafikutelt, kus on näidatud karastatud terase kõvaduse sõltuvus C-sisaldusest (Graafik 2). Graafikutelt leiti, et esimese terase puhul (C-sisaldus 0,4 %) on kõvadus 55 HRC ja teise terase puhul (C-sisaldus 1,25 %) kõvadus poolkarastuse korral 64 HRC.
Noolutustemperatuur leiti graafikult (Graafik 3) kõvaduse järgi. C-sisalduseks valiti ülesandes lähteandmetele võimalikult lähedased sisaldused. Leiti, et esimese terase korral (55 HRC ja 0,4 %C) on noolutustemperatuur alla 100 oC – see ei tekita olulisi muutusi struktuuris ja mehaanilistes omadustes [2]; teise terase korral (64 HRC ja 1,25 %C) noolutustemperatuur ~180 oC – leiab aset süsiniku osaline eraldumine martensiidist ja väga väikeste karbiidiosakeste teke. Niisugust martensiiti nim noolutusmartensiidiks ja tema kõvadus üldiselt säilib, vähenevad ja ühtlustuvad karastamisel tekkinud sisepinged ja kasvab sitkus [2] Graafik 2. Karastatud terase kõvadus olenevalt C-sisaldusest: a – alaeutektoidteras, b – üleeutektoidteras (1 – täiskarastus (üle Acm), 2 – poolkarastus (üle Ac1)).
Reduktori võlli tõmbetugevus leiti kirjanduslikest allikatest [1].
. Graafik 3. Erineva süsinikusisaldusega süsinikteraste kõvaduse olenevus noolutustemperatuurist [2].

Kasutatud kirjandus

1. Hendre , E., Kulu P., Kübarsepp J., Metusala T., Tapupere O. (2003). Materjalitehnika . Õpperaamat. TTÜ Kirjastus
2. Kulu P., Saarna M., Tarbe R., Kers , J., Veinthal R. (2010). Materjaliõpetuse praktikumide ja kodutööde juhendid. TTÜ Kirjastus

.DOCX Laadi alla originaalfail 7 lk · .docx · 196 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 7 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2014-03-25 Kuupäev, millal dokument üles laeti

196 laadimist Kokku alla laetud

3 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

kiiisumiisu Õppematerjali autor

Metallide tehnoloogia kodune töö 2, Eesti Mereakadeemia

treier mereakadeemia metallid kodutöö kõvadus kuumutus karastustemperatuur termotöötlus süsinikusisaldus

Sarnased õppematerjalid

docx

Terase termotöötlus, metallide tehnoloogia

TTÜ EESTI MEREAKADEEMIA Üld- ja alusõppe keskus Metallide tehnoloogia, materjalid Kodune töö nr. 2 – Terase termotöötlus Üliõpilane: Õpperühm: Ülesanne: 1. Määrake alltoodud detailide termotöötluse viisid ja režiimid, kandke tulemused tabelisse ning põhjendage kirjalikult tehtud valikuotsuseid. a) Reduktori võll pikkusega 300 mm ja läbimõõduga 40 mm, materjal teras C40E. b) Viil pikkusega 200 mm, ruudukujulise ristlõikega 10 x 10 mm, materjal C125. 2

Materjalitehnika

docx

Terase termotöötlus

TTÜ EESTI MEREAKADEEMIA Üld- ja alusõppekeskus Metallide tehnoloogia, materjalid Kodune töö nr. 2 – Terase termotöötlus Üliõpilane: Ksenia Mund Õpperühm: KS-21 Ülesanne: Määrake alltoodud detailide termotöötluse viisid ja reziimid, kandke tulemused tabelisse ning põhjendage kirjalikult tehtud valikuotsuseid. 1. Reduktori võll pikkusega 300 mm ja läbimõõduga 40 mm, materjal teras C40E. 2. Viil pikkusega 200 mm, ruudukujulise ristlõikega 10 x 10 mm, materjal C125.

Metalliõpetus

pdf

Terase termotöötlemine

TTÜ Mereakadeemia Üld- ja alusõppe keskus Elise Vainokivi TERASE TERMOTÖÖTLEMINE Kodutöö nr. 4 Juhendaja: lektor Aleksander Lill Esitatud:......................................... Kontrollitud:.................................. Punkte:........................................... Tallinn 2020 Sisukord Ülesanne 1 ............................................................................................................................ 3 Ülesanne 2 ...............................

Tehnomaterjalid

doc

Terase termotöötlemine

Et saada materjalide võrreldavad kõvaduse väärtused kuuli erinevate läbimõõtude ja koormuste korral, peab olema täidetud nõue . GOST annab k väärtusteks 30; 10; 5; 2,5 ja 1. Katsekeha minimaalne paksus ei tohi olla väiksem kui 10 kordne jälje sügavus. Kõvasid materjale koormatakse 10...15 sekundit, pehmeid materjale 10...180 sekundit. Brinelli kõvadust ei soovitata kasutada, kui terase kõvadus ületab 450 HB ning värviliste metallide, sulamite ja muude materjalide korral pole soovitav Brinelli meetodit kasutada, kui kõvadus on üle 200 HB. DIN 50351 järgi võib mõõta Brinelli kõvadust ka kõvasulamkuuliga (kõvadusi kuni 650 HB). Brinelli kõvaduse tähis DIN-i kohaselt on teraskuuli korral on HBS, kõvasulamkuuli korral HBW.

Keevitus

docx

Metallide termiline töötlemine

Paljudel juhtudel töötlemine külmaga stabiliseerib metalli struktuur ja omadused, seda küsimust samuti arutatakse konspekti teises osas. Termotöötlemise liigitus 1. Faasi (struktuuri) muutuse kohaselt a) lõõmutus b) ehtne (I liigi) karastus c) polimorfse muutusega (II liigi) karastus d) noolutus e) vanandamine 2. Detaili töödeldavate kohtade kohaselt a) maht (ruumiline) töötlemine b) pinna töötlemine c) kohalik töötlemine d) järjestikune töötlemine 3. Detaili valmistamise tehnoloogia kohaselt a) eeltöötlemine b) vahetöötlemine c) lõpptöötlemine Terase termotöötlus Terase termotöötlus seisneb materjali kuumutamises üle tema kriitiliste temperatuuride (faasipiiride), sellel temperatuuril hoidmises ning olenevalt järgnevas jahutamise kiirusest, mil faasimuutused kas toimuvad täielikult, osaliselt või üldse ei leia aset. Selle põhjal eristatakse kahte peamist terase termotöötluse protsessi:

Metalliõpetus

doc

TERASE TERMOTÖÖTLUS

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Materjalitehnika instituut TÖÖ NR 5 TERASE TERMOTÖÖTLUS 2011 Töö eesmärk. Tutvuda terase termotöötlemise tehnoloogiaga, selgitada välja terase süsinikusisalduse, jahutuskiiruse ja karastamisele järgneva noolutustemperatuuri mõju terase kõvadusele. Antud töös keskendutakse süsinikteraste termotöötlusele. Karastamise ja noolutamise olemus ning tähtsuse lühike kirjeldus. Karastamine kuumutamine üle faasipiiri Ac1 või Ac3 (Acm) (vastavalt poolkarastus ja täiskarastus), kiire jahutamine (soolalahuses, vees, õlis). Terase tugevuse ja kõvaduse (konstruktsiooniterased) või kõvaduse ja kulumiskindluse (tööriistaterased) tõstmine. Noolutamine karastamisele järgnev kuumutus allpool faasipiiri A c1. Temperatuuri valimisel lähtutakse soovitud kõvadusest/sitkuses

Tehnomaterjalid

docx

Karastamise laboratoorse töö kokkuvõte

EESTI MAAÜLIKOOL Tehnikainstituut Sander Kukk Karastamise laboratoorse töö kokkuvõte õppeaines „Materjaliõpetus“ TE.0244 Tootmistehnika eriala TA BAK 1 Üliõpilane: “…..“ ................. 2015. a .............................. Sander Kukk Juhendaja: “…..” ................. 2015. a .............................. Kaarel Soots Tartu 2015 ÜLDMÕISTED Karastamine - terase kuumutamine üle faasimuutuste piiri, hoidmine nimetatud temperatuuril ning sellele järgnev kiire jahutamine. Jahutatakse tavaliselt vees, õlis või õhus. Karastamisprotsessi kasutatakse terase tugevuse ja kõvaduse (konstruktsiooniterased) või kulumiskindluse ja kõvaduse (tööriistaterased) tõstmiseks. Karastamisel

Materjaliõpetus

doc

KAT31_Termotöötluse materjal ja kuesimused

METALLIDE TERMOTÖÖTLUS Metallide termiline töötlemine on metalliõpetuse osa, kus uuritatakse metallide omadusi, mis on saadud sõltuvalt kuumutuse või jahutuse kiirusest. Sõna kitsamas mõttes metllide termotöötluseks võib nimetada metalliõpetuse osa, kus vaadeldakse faasimuutused mittetasakaaluolekus (metastabiilses olekus), so. tingimustes, kus aatomite difusioon ei jõua tasakaalustada sulami faasid kiire jahutuse tõttu. Sellest tulenevalt sulami mehaanilised omadused erinevad nendest, mida saab tasakaaluoleku faasidiagrammist.

Tehnomaterjalid

Rohkem sarnaseid