mõju terase kõvadusele. Keskendutakse süsinikteraste termotöötlusele. Karastamise ja noolutamise metoodika, olmus ning tähtsuse lühike kirjeldus: karastamine kuumutamine üle faasipiiri ja kiire jahutamine, noolutamine karastamisele järgnev kuumutus allpool faasipiiri, temperatuuri valimisel lähtutakse soovitud kõvadusest/sitkusest. Karastamisel tekkinud martensiitstruktuur on suure kõvadusega, aga väga habras. Noolutamisel martensiit laguneb ferriidi ja tsementiidi seguks, suureneb terase sitkus, kuid vähenevad kõvadus ja tugevus. Katsetulemused: Tabel 1 Katsekehde C-sisaldus ning karastamistingimused Terase Kõvadus Karastus Kuumutuskestus Katsekehade Nõutav Saavutatud mark, lähteolekus temperatuur min arv kõvadus kõvadus °C karastuskeskkonna HRC HRC
9.Terase karastamise meetodid ja nende kasutusala. Tavakarastus - Mitte legeer- ja legeerterastest lihtsate detailide karastamisel. Katkendkarastus Mittelegeerterastest tööriistade valmistamisel. Astekarastus Austentiit muutub martensiidiks. Isotermkarastus Beiniidi saamiseks. Pindkarastus Detaili pinnakihi suure kõvaduse saavutamine. 10.Terase noolutamise meetodid ja nende kasutusala. Kõrgnoolutus Kasutatakse teraste noolutamisel 450...650 kraadil konstruktsioonterastel. Kesknoolutus - Vedruteraste noolutamisel 300...400 kraadil. Parendamine Kõrgnoolutuse järeltöötlemine, saadakse sorbiitstruktuur.
Katastamise käigus saadakse ebastabiilne struktuur. Karastamise lõpptulemuseks soovitakse saada martensiitstruktuuri. Noolutamise tähtsus: Kuumutamisel suureneb aatomite liikuvus ja toimuvad difusiooniprotsessid seda intensiivsemalt, mida kõrgem on temperatuur. Karastatud terase kuumutamist temperatuurini 200-500°C olenevalt soovitud kõvaduse soovist ja süsiniku sisaldusest. Seda protsessi nimetatakse noolutamiseks. Noolutamisel martensiit laguneb ferriidi ja tsementiidi seguks, suureneb terase sitkus, kuid vähenevad kõvadus ja tugevus. Muutused on seotud faasimuutustega kuumutamisel: jääkausteniidi kadumise ja martensiidi lagunemisega. Töökäigu kirjeldus: Määrata katsekehade keemiline koostis Mõõta HRC skaalal katsekehade kõvadus (mõõta kolmest erinevast kohast ja leida keskmine) Määrata terase keemilise koostise järgi
oC (martensiidi tekkimise algus. Karastamisel tekkinud martensiitstruktuur on suure kõvaduse ja karastamisel tekkinud sisepingete tõttu nii habras, et seda ei saaks kasutada enamikus rakendustes. Kuumutamisel suureneb aatomite liikuvus ja toimuvad difusiooniprotsessid – seda intensiivsemalt, mida kõrgem on temperatuur. Karastatud terase kuumutamist temperatuurini, mis ei ületa Ac1, nimetatakse noolutamiseks. Noolutamisel martensiit laguneb ferriidi ja tsementiidi seguks, suureneb terase sitkus, kuid vähenevad kõvadus ja tugevus. Muutused on seotud faasimuutustega kuumutamisel: jääkausteniidi kadumise ja martensiidi lagunemisega. Karastatud terase kuumutamisel toimub ka karastamisel tekkinud sisepingete vähenemine ja karbiidiosakeste kasv. Noolutamisel toimuvad järgmised muutused: 1) terase kuumutamine kuni 100 oC-ni ei tekita olulisi muutusi struktuuris ja mehaanilistes omadustes; 2) kuumutamisel
Märkused: Tööstuses noolutatakse terast pikemalt, kuid meie noolutasime 20 minutit. Kokkuvõte/järeldused: ( Karastamisel: 1. Vees tekib martensiit. 2. Õhus austeniit laguneb ja tekivad erinevad ferriidi ja tsementiidisegud. 3. Õlis austeniit laguneb ja tekivad erinevad feriidi ja tsementiidisegud. Noolutamisel: 1. 210 C võib suureneda mõnevõrra suure süsinikusisaldusega terase detaili kõvadus tänu jääk austeniidi muutumisel martensiidiks. Keskmise süsinikusisaldusega terastel, milles pärast karastamist ei ole jääkausteniiti, kõvadus nende noolutustemperatuuride korral ei suurene. Süsiniku aatomite difusioonist tulenevalt algab karbiidide teke. 2
sisaldus temperatuur min kõvadus HRC 0,6 30HRC 550oC 15 31 0,6 50HRC 300oC 15 55 Katsetulemuste graafik(1. tabel). Katsetulemuste graafik (2. tabel). Terase karastamisel tekkiva(te) struktuuri(de) kirjeldus (erinevate jahtumiskiiruste korral) ja noolutamisel tekkivate struktuuride kirjeldus (vastavalt valitud noolutustemperatuurile). Karastamine Enamasti soovitakse karastamise lõpptulemusena saada martensiitstruktuuri. Väiksema jahtumiskiiruse korral saadakse karastamisel beiniit, mis on väga peen ferriidi-tsementiidi segu ja ei nõua järgnevat noolutust. Jahutuskiiruse valikul tuleb lähtuda järgmistest põhilistest seisukohtadest: peab olema võimalikult väike (et tekkivad sisepinged oleksid minimaalsed), kuid
mõningate löögiga töötavate instrumentide noolutamiseks. Kõrgnoolutus – kuumusega 500°-600° C, tagab ferriidi põhjal teralise tsementiidiosakestega struktuuri ehk sorbiitstruktuuri. Sisepinged kaovad täielikult, saadakse suur plastsus ja sitkus küllaldase tugevuse juures. Sobib konstruktsiooniterastele. Terase karastamist sellele järgneva kõrgnoolutusega nimetatakse parendamiseks. PS! Nii süsinik- kui ka legeerteraste noolutamisel ilmneb temperatuuril 250...350 °C haprus, seepärast peab vältima selles temperatuurivahemikus noolutamist. TÖÖ EESMÄRK Töö eesmärk oli tutvuta terase noolutamisega ning saada aru noolutamise vajalikkusest, selle käigus tekkivatest protsessidest ning nende mõjust teraste omadustele. KOKKUVÕTE KATSETULEMUSTEST C35 Katsekeha 1.2: Katsekeha kuumutati temperatuuril 230° C. Tegemist oli madalnoolutusega ning teras säilitas küllaltki suure kõvaduse (51 HRC)
Järelikult võib järeldada seda, et vesi on kõige parem keskkond materjali karastamiseks. Graafikult võib välja lugeda, et mida suurem on süsinikusisaldus, seda suurem on HRC. Kuigi C0,007 puhul on HRC ka väga kõrge. Mida suurema temperatuuri juures noolutamine toimub, seda väiksemaks jääb materjali kõvadus. Seega, mida kõvemat terast soovitakse, seda madalama temperatuuri juures tasub seda teha. Tekkivate struktuuride kirjeldused Noolutamisel: 1. 250°C keskmise süsinikusisaldusega terastel, milles pärast karastamist ei ole jääkausteniiti, kõvadus nende noolutustemperatuuride korral ei suurene. Süsiniku aatomite difusioonist tulenevalt algab karbiidide teke. 2. 400°C praktiliselt kogu süsinik on martensiidist eraldunud ja terase struktuur koosneb ferriidist ning väga väikestest ümaratest tsementiiditeradest. Sellist struktuuri nimetatakse noolutustroostiidiks. 3
Karastamise ja noolutamise eesmärk Terase tugevuse ja kõvaduse (konstruktsiooniterased) või kõvaduse ja kulumiskindluse (tööriistaterased) tõstmise üheks viisiks on terase karastamine. Karastamisel tekkinud martensiitstruktuur on suure kõvaduse ja karastamisel tekkinud sisepingete tõttu nii habras, et seda ei saaks kasutada enamikus rakendustes. Karastatud terase kuumutamist temperatuurini, mis ei ületa Ac1, nimetatakse noolutamiseks. Noolutamisel martensiit laguneb ferriidi ja tsementiidi seguks, suureneb terase sitkus, kuid vähenevad kõvadus ja tugevus. Muutused on seotud faasimuutustega kuumutamisel: jääkausteniidi kadumise ja martensiidi lagunemisega. Karastatud terase kuumutamisel toimub ka karastamisel tekkinud sisepingete vähenemine ja karbiidiosakeste kasv. Kuumutusviiside kirjeldus ja kuumutamise kestuse valik Liiga kõrge karastustemperatuur ja pikaajaline seisutamine sellel põhjustavad austeniidi
Alumiinium -lahustub ferriidis. Moodustab nitriide. Lisatakse nitriiditavaisse terastesse nitriide moodustava elemendina pinnakihis. Nioobium- tugev karbiide moodustab element. Tõstab terase roomekindlust. Kasutatakse stabilisaatorina RST austeniitterastes. Koobalt- tugevdab terast. Vähendab läbikarastatavust. On põhiliseks legeerivaks lisandiks kiirlõiketerastes W ja Mo kõrval, tõstes terase soojuspüsivust ( tõus kuni 12% Co-sisalduseni). Co takistab kõrgetel töötemperatuuridel noolutamisel karbiidide eraldumist martensiidist. Koobaltit sisaldavad kiirlõiketerasest tööriistad püsivad eriti teravad. Vask -Cu- sisalduse kasvuga kaasneb terase mehaaniliste omaduste tõus. Väikese C-sisaldusega (alla 0,1%) terastes Cu- sisaldusel 1,0...1,5%. Kõrge on ka vaskteraste voolavuspiir (üle 0,9 tugevuspiiri). Parandab oluliselt teraste korrosioonikindlust niiskes õhus. Neil terastel on ka madal külmhapruslävi (alla -40 kraadi Celsiust (C°)).
Termo töötlemine Põhiprotsessid on järgmised: 1) karastamine 2) Lõõmutamine 3) Noolutamine Protsessid koosnevad etappidest: 1) kuumutamine 2) hoidmine(peatamine) 3) jahutamine Karastamise kiirel jahutamisel säiliatakse tahksentreeritud ruumvõre suure aatomite arvuga, mille tulemusena suureneb pinna kõvadus ja tugevus, puuduseks on jahutamisel tekivad sisepinged. Selleks et sisepingeid vähendada ja ühtlustada teostatakse noolutamise protsess. Noolutamisel toimub kuumutamine umbes 700C piirideni ja aeglane jahutamine, mille tulemusena vähenevad metalli sisepinged. Materjali esialgseks omadusteühtlustamiseks kasutatakse lõõmutamise protsessi, mille tulemusena matejali siseehitus(ruumvõre) ühtlustatakse likvideeritakse sisepinged sealjuures vähenevad pinnakõvadus ja tõmbetugevus, metall muutub pehmeks ja hästi töödeltavaks. Lõõmutamisel toimub jahutamine aeglaselt koos ahjuga.
2) adsorptsioon- atomaarse elemendi lahustumist pinnakihis, difundeeruv element peab olema põhimetallis lahustuv. 3) difusioon- elemendi tungimist sügavuti pinda. Väike süsinikusisaldusega detail( C < 0,25%) …1000*C… tekib tsementiidi detail …õli(karastamine)… tekibkõva pinnakihiga pehme ja sitke südamik… madalnoolutus 18. Terase noolutus. Struktuurimuutused noolutamisel Karastatud terase kuumutamisel kriitilisest tempist madalama tempini, seisutamises ja jahutamises. See on lõppoperatsioon, mida kasutatakse sisepingete ja kõvaduse ↓ ning plastsuse ja sitkuse ↑. Kar.terase kõvaduse ↓ sõltub noolutusT-st. NoolutusT saab määrata noolutusvärvuste järgi. Vastavalt kuumutamisT-le moodustub terase pinnale erikoostise ja erineva värvusega oksiidikiht. T määramisel peab arvestama ka ruumi valgustust. Mida ↑on
Sageli esimeseks etapiks lõõmutamine, mille käigus leevenduvad detaili valmistamisel tekkinud mehaanilised sisepinged, ühtlustub struktuur, suureneb plastsus ja väheneb kõvadus. Lõõmutusele on sarnane normaliseerimine, kuid siin on jahutamine kiirem(välisõhus). Seetõttu tekib perliit eriti ühtlase ja peeneteralisena ning kõvadus on lõõmutatud terase omast suurem. Tähtsaim termiline töötlus on karastamine, mille käigus muutub teras palju kõvemaks ja elastsemaks Noolutamisel kuumutatakse terast aeglaselt kuni temp-ni 725 kraadi ja jahutatakse mõõduka kiirusega. algul lehekestena tekkinud tsementiit muutub noolutamisel teraliseks, mistõttu terase sitkus suureneb. Terase pinna keemilis-termilisi töötlemisi kasutatakse sagedamini pehmete (alla 0,25% süsinikku) teraste õhukese pindkihi kõvendamiseks Terast kuumutades temp-il 1000 kraadi koos kroomi, räni või mõne teise elemendi ühendiga
seda näitab joonis 13.9. Madala läbikarastuvuse korral on katsekeha südamikus tugevus Rp 02 ja eriti sitkus KCU madalamad, kui karastatud kihis, joonis 13.9a,b; täieliku läbikarastuvuse korral aga on nemad kogu ristlõiges ühesugused, joonis 13.9c. Mida väiksem on läbikarastuvus, seda madalamad on detaili südamikus tugevus ja sitkus, sest karastamata osas ka peale noolutamist jäävad nõeljased karastusstruktuurid, erinavalt teralistest struktuuridest, mis tekivad martensiidi noolutamisel. Karastusviisid Sõltuvalt terase kostisest, detaili massi ja kuju keerukust valitud karastusviis peab olema võimalikult lihtne ja tagada detaili nõutavad omadused. Üldreeglina karastusviisi valikul kõigepealt arvestatakse detaili vorm, sest mida keerukam see on, seda suuremad on mõõdu erinevused ristlõikedes ja suuremad sisepinged tekivad jahutusel. Ka süsinikusisaldus avaldab suurt mõju deformatsiooni suurusele karastamisel
kõvadusega. Jahutamise kiirus 100kraadi/s, jõuab tsementiit tekkida, kuid feriidi ja tsementiidi kristallide seguna troostiit plastsem, kuid väiksema kõvadusega. Jahutamise kiirus 50kraadi/s, ka ferriidi ja tsementiidi segu, kuid suurtemate kristallidega sorbiit sitke, plastne, väiksema kõvadusega kui troostiit, kuid suurema kui ferriit. Karastatavus sõltub terase süsinikusisaldusest, alles 0,4-0,5% Csisaldusega hakkab karastamisel terase kõvadus oluliselt kasvama. Noolutamisel kuumutatakse terast aeglaselt kuni temp-ni 725 kraadi ja jahutatakse mõõduka kiirusega. Lagul lehekestena tekkinud tsementiit muutub noolutamisel teraliseks, mistõttu terase sitkus suureneb. Noolutades kuni 250 kraadini sisepinged leevenudvad, kuid kõvadus ja elastsus peaaaegu ei vähene. Temp-del 300-500 kraadi tekib peamiselt troostiit, kõvadus väheneb, elastsus säilib, sitkus suureneb ja suurem osa sisepingeid kaob. Sobib vedrude valmistamiseks. Suuri koormusi taluvaid detaile saab
termotöötlusel. Volframi lahustuvuse kasv austeniidis toob endaga kaasa aga karbiidide hulga vähenemise. f)Molübdeen (Mo) Molübdeen terase lisandina lahustub piiratult ferriidis, aga on ka tugev karbiide (Mo2C) moodustav legeeriv lisand ning lisatakse terasesse tavaliselt 0,2...0,6%. Molübdeen suurendab terase läbikarastuvust ja takistab austeniiditera kasvu kuumutamisel. Molübdeeni kasutatakse legeeriva elemendina terastes, et vähendada nende kalduvust haprumisele noolutamisel, nn II liigi noolutushapruse vältimiseks, mis ilmneb teatud teraste noolutamisel temperatuuridel 450...600°C eriti aeglase jahutamise korral. Mõne kümnendiku protsendi Mo lisamine terasesse seob selles noolutushaprust põhjustavaid lisandeid, takistades sellega terapiiridele peente karbiidide, nitriidide, oksiidide jt ühendite eraldumist. g)Vask (Cu) Vask ei moodusta rauaga keemilisi ühendeid, kuid lahustub piiratult rauas. Cu lahustuvus
Kui difusiooni protsessid enam ei toimu ja austeniidi lagunemine peatub. Austeniid jääb püsima või muutub C-ga üleküllastunud feriidiks- martensiidiks- , mille C-sisaldus on võrdne lähteausteniidi C-sisaldusega. Martensiidi vabanemine - Austeniidi kiirel jahutamisel tekkiv martensiit, mille kristallivõre on kergelt tetragonaalne, on metastabiilne, aga sellele vaatamata toatemperatuuril väga püsiv ja kõva. Temperatuuri tõustes või tõstmisel noolutamisel hakkab martensiit lagunema, mida nimetatakse martensiidi vabanemiseks . Süsinik eraldub, mille lõpptulemuseks on ferriidi ja tsementiidi segu. Selles seisneb Fe-C-sulamites esineva martensiidi erinevus enamikus teistes metallides ja sulamites esinevast martensiidist, kuna viimasest temperatuuri tõustes tekib algfaas, s.t. faas, millest ta kiire jahtumise tagajärjel tekkis. Austeniitmuutus - Analoogselt rauasüsinikusulamite jahutamisel toimuvate muutustega
annaabi.ee 
