Terase termotöötlemine (0)

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


2    Sisukord  Ülesanne 1 ............................................................................................................................ 3   Ülesanne 2 ............................................................................................................................ 5   Kasutatud kirjandus ............................................................................................................... 8        


3    Ülesanne 1  Kuumutustemperatuuri sõltuvus metallist ja selle süsinikusisaldusest  Mida rohkem sisaldab teras süsinikku, seda suuremad on karastamisel mahumuutused ning  mida madalamal temperatuuril muutub austeniit martensiidiks, seda suurem on oht  deformatsioonide, pragude, pingete ja teiste karastusdefektide tekkeks ning seda hoolikamalt  peab valima terase jahutamisrežiimi.    Jahutamiskeskkonna valik ja jahutamiskiirus  Jahutuskeskkond. Levinum jahutuskeskkond on vesi. Vee jahutusvõimele avaldavad mõju  selles leiduvad lisandid (eriti soolad). Nii näiteks destilleeritud vesi või vihmavesi, mis ei  sisalda sooli, jahutavad kaks korda aeglasemalt kui kraanivesi. Vees lahustunud gaasid  halvendavad vee jahutusvõimet, seetõttu keedetud vesi (või korduvalt kasutatud vesi)  võrreldes toorega jahutab intensiivsemalt. Õli jahutusvõime võrreldes veega on 3...4 korda  väiksem. Õli kui karastuskeskkonna eeliseks on tema mittetundlikkus temperatuurile – õli  jahutab ühesuguse intensiivsusega nii temperatuuril 20 °C kui ka 150...200 °C. Õli puuduseks  on tema tuleohtlikkus (süttimistemperatuur sõltuvalt õli margist on 150...320 °C piires) ja  karastusvõime kadumine aja jooksul (õli pakseneb). Peale selle õli põleb ja detaili pinnale  moodustub oksiidikile. Karastamiseks kasutakse ka sulasoolade segud (isotermkarastusel) või  sulametallid (kõrglegeerterased).    Karastamine koos noolutamisega, eesmärk ja kasutusalad  Karastamiseks nimetatakse termotöötlusviisi, mille tulemusena saadakse ebastabiilne  struktuur. Karastamise puhul sõltub optimaalne kuumutuspiirkond terase süsinikusisalduse  järgi. Karastamise protsess koosneb kolmest erinevast etapist:   a) Austenisatsioon- terase kuumutamine üle faasimuutuse temperatuuri;   b) Terase seisutamine samal temperatuuril, et kogu detail omistaks antud temperatuuril  vastava struktuuri;   c) Jahutamine- seda tehakse kiirusega, mis on karastatava terase kriitilisest jahtumiskiirusest  suurem, et vältida austeniidi lagunemisproduktide tekkimist. Karastamisprotsessi kasutatakse  terase tugevuse ja kõvaduse (konstruktsiooniterased) või kulumiskindluse ja kõvaduse 


4    (tööriistaterased) tõstmiseks. (Kulu et al., 2010)    Noolutamine on karastamisele järgnev kuumutus allpool faasipiiri Ac1; temperatuuri  valimisel lähtutakse soovitud kõvadusest/sitkusest. Materjali hoitakse allpool faasipiiri  vajalik aeg, et saada soovitud kõvadus. (Kulu et al., 2010) Noolutus seisneb terase  kuumutamises temperatuurini alates 200 °C, seisutamises sellel (vähemalt tunni) ja  jahutamises (tavaliselt õhus). Selline noolutus sobib eriti tööriistaterastele, millelt nõutakse  suurt kõvadust. Noolutus tõstab märgatavalt terase sitkust. Sõltuvalt kuumutustemperatuurist  jagatakse noolutus järgmiselt:   • Madalnoolutus, kuumutustemperatuur 200 - 250ºC. Niimoodi noolutatakse detaile s.h.  tööriistu, mis ei tööta löögile (viilid, kaabitsad, hõõritsad).   • Kesknoolutus temp 300 ...350ºC niimoodi noolutatakse detaile s.h. tööriistu, mis töötavad  löögilistele koormustele ja detaile, mis töötavad kulumisele.   • Kõrgnoolutus temp 450 - 650ºC. Niimoodi noolutatakse detaile, mis töötavad liitpingete  olukorras.    Lõõmutusviisid, nende kasutusalad ja eesmärk  Lõõmutamine on niisugune termotöötlemise viis, kus terast kuumutatakse üle faasimuutuse  temperatuuri järgneva aeglase jahutamisega, tavaliselt koos ahjuga. Aeglane jahutamine peab  kindlustama austeniidi lagunemise perliidiks. Lõõmutamine on tavaliselt esmane  termotöötlusviis, mille eesmärgiks on kas kõrvaldada kuumtöötluse eelmiste operatsioonide  (valamise, sepistamise jne.) defekte või valmistada struktuuri ette järgnevateks  operatsioonideks (näiteks lõiketöötlemiseks või karastamiseks). Üsna sageli on aga  lõõmutamine lõplikuks termotöötlemise viisiks ja seda siis, kui lõõmutatud terase  mehaanilised omadused rahuldavad, s.t. pole vaja edaspidist parendamist (karastamist ja  noolutamist). Lõõmutamise peamine eesmärk on vajalike omaduste tagamine terase  ümberkristalliseerimise ja sisepingete kaotamise tagajärjel. Selleks kasutatakse difusioon-,  täis-, pool- ja madallõõmutust. Lõõmutamise tulemusena suureneb platsus, paraneb surve- ja  lõiketöödeldavus, vähenevad sisepinged ning struktuur peeneneb.     


5    Ülesanne 2  Nr  C %  Karastus- temperat.  Kuumut.  aeg, min  Jahutus- keskkond  Noolutus-
temperat.  Saadud  tõmbe- tugevus  Saadud  kõvadus  HRC    3    0,4    820C°      40/10/4      Vesi, 18- 20C°      500 …650C°      600 …800      15 …35      C40E materjali süsinikusisaldus on umbkaudu 0,34…0,44% millest võtsin keskmise  tulemuse, ehk 0,4%. Süsinikusisalduse informatsiooni leidsin Tabelist 1. Samast tabelist on  võimalik välja lugeda ka tõmbetugevus, mis antud materjalil on 600…800 N/mm2.      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  Tabel 1. Kvaliteetsüsinikkonstruktsiooniteraste margid, koostis ja omadused. 
 
Karastustemperatuuriks valisin 820 C° (Jooniselt 1 on näha, et 0,4% süsinikusisaldusega  terase karastustemperatuur jääb vahemiku 810-840 C°).  Soovituslik karastustemperatuur on näidatud viirutatud  alal.   Kuna C40E on legeeritav teras, toimub tema jahutamine  karastusvedelikus. Levinuim jahutuskeskkond on vesi,  jahutusvõime on kõige intensiivsem 18-20 kraadi vahel.     Joonis 1. Süsinikteraste optimaalsed karastustemperatuurid.      


6    Terase kõvaduse HRC ning noolutustemperatuuri leidsin Tabelist 2, kus on näidatud erinevad  noolutusviisid ning saavutatavad omadused.      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  Tabel 2. Noolutusliigid ja saavutatavad omadused.     Järgnevad arvutuskäigud leidmaks antud võlli kuumutuskestused lahendan Tabel 3 abil, kus  on näidatud kuumutuskestused süsinikteraste karastamisel. Kuna tegu on võlliga, kasutan  andmeid lähtudes ringi kujust.                                     Tabel 3. Kuumutuskestused süsinikteraste karastamisel.    
Andmed: 
Läbimõõt (mm): 40 
Karastustemperatuur (C°): ~820 
Temperatuur elektriahjus (C°): 800 
Kuumutuskestus elektriahjus (mm/min): 1,0 
Temperatuur soolavannis (C°): 800 
Kuumutuskestus soolavannis (mm/min): 0,25 
Temperatuur pliivannis (C°): 800 
Kuumutuskestus pliivannis (mm/min): 0,1 
 
 
 


7    Lahenduskäik:  Leian kogu kuumutuskestuse elektriahjus.  mm ∙ min = kogukestus  40 ∙ 1,0 = 40 (min)    Leian kogu kuumutuskestuse soolavannis.  40 ∙ 0,25 = 10 (min)    Leian kogu kuumutuskestuse pliivannis.  40 ∙ 0,1 = 4 (min)    Vastus:   C40E materjalist valmistatud 40mm läbimõõduga reduktori võlli kuumutuskestus elektriahjus  on 40 minutit, soolavannis 10 minutit ja pliivannis 4 minutit.      


8    Kasutatud kirjandus 
 
Kulu P., Saarna M., Tarbe R., Kers J., Veinthal R., 2010. Materjaliõpetuse praktikumide ja 
kodutööde juhendid. TTÜ Kirjastus.  
 
Tehnomaterjalid õppematerjalid Moodles. 4. TERASE TERMOTÖÖTLUS.