Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.
description
Transcript of Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.
![Page 1: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/1.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 1
Hőkezelési műveletek tervezése
Hőkezelés és Hegesztés II.
![Page 2: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/2.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 2
Hőkezelési műveletek tervezése
Hőkezelő eljárások: 1. melegítésből (hevítésből), 2. hőntartásból és 3. hűtésből összetevődő ciklusok egyszeri vagy többszöri végrehajtása.
Átm
eleg
ítés
T, oC
Felmelegítés
Mag
Felület
HűtésHőn
tart
ás
t, min
Melegítés
![Page 3: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/3.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 3
T, oC
t, h vagymin
Hűtőközeg
tm tt th
A technológiai adatok megadásához elegendő a hőmérsékletváltozást ténylegesen leíró függvény használata helyett egy egyszerűsített ábrázolás, egyenes szakaszokból felépített diagramon
![Page 4: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/4.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 4
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.
![Page 5: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/5.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 5
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 diagramokA hőmérsékletkülönbség függ: hővezető képesség (), méret (L), és a hőátadási együttható (α) Bi=α∙L/ Hőtech. JellemzőL 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≥0,5Átmeneti 0,25 ≤ Bi ≤ 0,5
![Page 6: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/6.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 6
Acélok ( adott) hőtechnikailag vékony, illetve vastag testnek számító munkadarab a jellemző méret (L) és a kemencehőmérséklet függvényében.
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).
![Page 7: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/7.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
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
Mechanikai Technológiai Tanszék 7
t: idő [s]C: fajhő [J/ kg∙°C]α: hőátadási együtthatóm: test tömege [kg]A: test felülete
k
mc dTdt=
A T -T
0
mk
mc dTt =
A T -T
mT
T k 0m
k m
T -Tmct = ln
A T -T
![Page 8: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/8.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
• 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.
Mechanikai Technológiai Tanszék 8
1
m
A
L
K
3
k 0m
1 k m
T -TL ct = ln
K T -T
![Page 9: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/9.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
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 9
Ta T
t
ac
2 2 2
2 2 2x y z
![Page 10: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/10.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 10
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 beírniA diagramok felső része a melegítés lépcsőinek számát (a megfelelő hőmérsékleten) adja meg, az alsó a melegítés időtartamát.
![Page 11: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/11.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 11
Normalizáláshoz, edzéshez Megeresztéshez
![Page 12: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/12.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 12
effm kktLt
ahol:
tm – melegítési idő (s)
L – a jellemző méret (mm)
tf – fajlagos melegítési idő (s.mm-1)
kf – formatényező
ke – elhelyezkedésből adódó helyesbítő tényező
Szerkezeti acélok ausztenitesítési hőmérsékletre való hevítéséhez
![Page 13: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/13.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 13
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
770-820820-880
60-6550-55
70-7560-65
Sófürdő 770-820820-880
12-1410-12
18-2016-18
Fajlagos melegítési idők (tf) hengeres darabra
![Page 14: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/14.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 14
A munkadarab alakja Jellemző méret, L Formatényező, kf
golyó golyóátmérő 0,70
kocka élhosszúság 0,70
henger átmérő 1,0
hasáb élhosszúság 1,0
gyűrűgyűrűszélességgyűrűvastagság
1,51,5
lemez vastagság 2
cső falvastagság
2,0 rövid nyitott csőnél
4,0 hosszú csőnél
4,0 zárt csőnél
Különböző alakú munkadarabok formatényezői (kf)
![Page 15: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/15.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 15
d 0.5d
d 2d
1.0
1.0
2.0
1.4
1.3
1.7
a 0.5a
a
1.0
1.4
4.0
2.2
2.0
1.8
a 2a
a
Elrendezés akemencében
Helyesbítőtényező, ke
Elrendezés akemencében
Helyesbítőtényező, ke
![Page 16: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/16.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 16
T, oC
t, min
Tk
TM
TF
T
T, oC
b
TM
Tk
TF
T, oC
TM
Tek1
TF
t, min
t, min.
Tek2
Tk
T
T
a
c
Hevítési módszerek:
a) behelyezés Tk
hőmérsékletű kemencébe
b) kemencével együtt való melegítés
c) két lépcsős előmelegítés alkalmazása
![Page 17: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/17.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 17
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)
![Page 18: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/18.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 18
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
körülményeitaz eljárást (folyamatos, tört edzés, megszakított edzés, lépcsős edzés, stb.)A hűtőközeget és annak hőmérsékletétFigyelembe véve a darab alakját, anyagát, méretétBelső 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.
![Page 19: Hőkezelési műveletek tervezése Hőkezelés és Hegesztés II.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081501/5681552f550346895dc30a50/html5/thumbnails/19.jpg)
MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése
Mechanikai Technológiai Tanszék 19
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 alkalmazunkElég 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.