alatni materijali
Post on 28-Apr-2015
340 Views
Preview:
TRANSCRIPT
ALATNI MATERIJALI Prof.dr.sc. Franjo Cajner
Literatura:
- Roberts, G., A.; Hamaker, J., C.; Jonson, A., R.: Tool Steels, ASM, Metals Park, Ohio 1962.
- B.B. Bardes, ed: ASM Handbook: Heat Treatment of Metals, Part 4. ASM International, Metals Park, Ohio, 1994.
- M. Novosel, F. Cajner, D. Krumes; Alatni materijali, Strojarski fakultet. Slavonski Brod 1996.
- Roberts, G., Krauss, G., Kennedy, R.: Tool Steels, ASM, The Materials Information Society, Metals Park, Ohio, 1996.
UTJECAJNI ČIMBENICI NA UČINAK ALATA (ZA HLADNI RAD)
- alat za rezanje- fino rezanje- rezanje škarama- savijanje- duboko izvlačenje- tlačno isprešavanje- utiskivanje- hladno valjanje- valjanje navoja- prešanje praška, metal/keramika- obrada drva- industrijski noževi
OBLIKOVANJE ALATA
- veličina /šupljine /kutevi /rubovi /radijusi- geometrija /oblik /složenost konstrukcije
ALATNI MATERIJALI- tvrdoća- karbidi / broj / veličina / tvrdoća- žilavost / duktilnost- kaljivost ...
TOPLINSKA OBRADBA- predgrijavanje- Ta / ta- sredstvo za gašenje- Tpop / tpop- duboko hlađenje- površinska toplinska obradba
IZRADA ALATA- strojna obrada (OOČ)- elektroerozija- brušenje- poliranje- zavarivanje
MATERIJAL OBRADKA- tip i vrsta- tvrdoća- tvrdi dijelovi (čestice)- duktilnost- debljina- površinski nanešeni sloj- prašak / metal / keramika
ϑr ≤ 200°C
RADNI UVIJETI
- zračnost- podmazivanje- stabilnost preše- broj hodova preše
ODRŽAVANJE ALATA- prebrušavanje- čišćenje- poliranje- zavarivanje- žarenje za redukciju zaostalih naprezanja
ALATNI MATERIJALI
Sadržaj kolegija:
• UVOD• PRINCIPI RADA ALATA I NAPREZANJA U ALATIMA• ZAHTJEVI NA SVOJSTVA ALATNIH MATERIJALA• SPECIFIČNOSTI TOPLINSKE OBRADE ALATNIH ČELIKA• OPIS POJEDINIH SKUPINA ALATNIH ČELIKA
- NELEGIRANI (UGLJIČNI) AČ- NISKOLEGIRANI AČ ZA HLADNI RAD- VISOKOLEGIRANI AČ ZA HLADNI RAD- AČ ZA KALUPE ZA RAD U TOPLOM STANJU- BRZOREZNI ČELICI- ALATNI ČELICI MARAGING
• OSTALI ALATNI MATERIJALI
ALATNI MATERIJALI
1. UVOD
Alat: težnja “produljiti svoju ruku” “lakše izvršiti neki željeni rad”
- Kamena sjekira, nož, toljaga,...- meteorno željezo čelik
Alat: Čekić, kliješta, turpija, sjekira,teniski reket,... kuhača, ...ravnalo, lopata,.bodež itd .
Alat je svako ono sredstvo, kojim čovjek olakšava ili omogućava izvršenje željene radnje bilo neposredno, snagom ruke, bilo posredno, snagom stroja
1740. god. unapređenje postupka taljenja čelika:- 1868. Mushetov čelik- 1898. Taylor-White-ov brzorezni čelik- 1904. uvodi se V u čelik (HS 18-0-1)- 1912. Co- 1930. Mo- 1930. toploradni čelici... Pretaljivanje i rafinacija, povišenje kvalitete čelika, EPT, PM čelici....
ALATNI MATERIJALI2. PRINCIPI RADA I NAPREZANJA U ALATIMA
ALATI ZA REZANJE:-s odvajanjem čestica (noževi glodala, svrdla, pile - tokarenje, glodanje, bušenje, blanjanje –….)-bez odvajanja čestica (škare, štance)
ALATI ZA OBLIKOVANJE LIMA I ŽICE
-alati za duboko izvlačenje-alati za savijanje lima-alati za istiskivanje (ekstruziju) metala-alati za tlačno isprešavanje-matrice za provlačenje žice
KALUPI
- kalupi za preradu polimera (direktno prešanje duroplasta, injekcijsko prešanje, ekspandiranje,ekstrudiranje)
- kalupi za oblikovanje keramike (keramičke pločice)- kalupi za oblikovanje ilovače (cigla, crijep)- kalupi za preradu metala- kalupi za tlačni lijev (obojenih lakih metala i njihovih legura)- kalupi za kovanje (ukovnji)
ALATNI MATERIJALI
I. Alati za obradu odvajanjem čestice OOČ (strugotine): noževi, glodala, svrdla, pile.
Potrebne sile za:- odvajanje čestice- oblikovanje čestice- svladavanje trenja
1. Mehanička naprezanja ?2. Naprezanja uslijed trenja (na lokalitetu oštrice),toplina:
- zbog odvajanja čestice- zbog sabijanja čestice- trenje čestice uz radnu plohu alata
f (režima obrade: dubina, brzina, posmak)geometrijskim karakteristikama oštrice alata
obrađivanom materijalu)
Princip rada tokarskog noža
ALATNI MATERIJALI
550 oC
600 oC
550 oC
50 oC
300 oC
400 oC
500 oC
>650 oC
500 oC
550 oC
600 oC
550 oC
50 oC
300 oC
400 oC
500 oC
>650 oC
500 oC
550 oC
600 oC
550 oC
50 oC
300 oC
400 oC
500 oC
>650 oC
500 oC toplina: zbog odvajanja česticezbog sabijanja česticetrenje čestice uz radnu plohu alata
f (režima obrade: dubina, brzina, posmak)geometrijskim karakteristikama oštrice alata,
obrađivanom materijalu)
Tem
pera
tura
ošt
rice
Vrez , m/min
ALATNI MATERIJALI
Lokalno trenje i površinski tlak pri ↑ϑ
Trenje + toplina
Trošenje:
- AB- AD- Umor- Oksidacija- mehaničko otkrhnućeTv
rdoć
a pr
i pov
išen
im te
mpe
ratu
ram
a
Nužno ↑ tvrdoća: ↓AB, ↑Re
Alati za hladni rad 200 °C < ϑr > 200 °C alati za topli rad
Alati za obradu OČ
ALATNI MATERIJALI
Zahtjevi na materijal alata za OOČ
ALATNI MATERIJALIII. Alati za rezanje bez odvajanja čestice (strugotine): škare, štance,
a) Škare (preša)
lim
Naprezanja:
- Vrlo visoki tlak na oštrici- Trenje (trošenje)- udarci ?- toplina ?
b) Štanca
Naprezanja:
- Vrlo visoki spacifični tlak (udarni)- Trošenje (AB + AD)- savijanje ?- umor ?
ALATNI MATERIJALIIII. ALATI ZA OBLIKOVANJE LIMA I ŽICE
a) Alat za duboko izvlačenje lima (vučenje)
rondelaplatina
Naprezanja:- tlak (sila prešanja i pridržavanja)- trošenje- vlak (F radijalno- savijanje matrice- izvijanje (vitkog) žiga
b) Alat za savijanje lima
Naprezanja:- tlak- vlak- trošenje-savijanje matrice- izvijanje (vitkog) žiga
ALATNI MATERIJALIc) ALAT ZA ISTISKIVANJE (EKSTRUZIJU)- METALA (npr. mekog čelika, aluminija, bakra...)- NEMETALA, (polimera)
Istiskivanje je postupak oblikovanja u hladnom, toplom ili polutoplom stanju, a primjenjuje se prvenstvenou proizvodnji raznovrsnih okruglih, četvrtastih i profiliranih šipki i cijevi i to kako od obojenih i lakihmetala i njihovih legura, tako i od mekog čelika, ili nemetala (polimera). Ovim je načinom moguće proizvesti profile koji se drugačije i ne mogu izvesti. Ti profili mogu biti puni ili šuplji.
Postupak se provodi na prešama.
U hladnom stanju (čak ako se istiskuje u hladnom temperatura poraste do 300 °C) ili toplom stanju!
Sila istiskivanja ovisi o:- potrebnoj redukciji (omjer površina),- obliku, (puni, šuplji itd. profil),- duljini trupca,- brzini isprešavanja,- temperaturi u procesu,- obrađivanom materijalu
NaprezanjaTrošenje matrice (AB, AD)Tlak (izvijanje žiga)Toplina
ALATNI MATERIJALId) ALAT ZA TLAČNO ISPREŠAVANJE
Tube za prehrambenu ind. (konzerv. za piće),doze za sprejeve, tube za paste, baterije itd.
Materijal: mekan! (Al, Sn, Pb, Cu i leg.
Hladnom stanjuPreše: 120...200 (600 udaraca/min)
Naprezanja:
- Udarni tlak↑K- OT (na AD)
ALATNI MATERIJALI
e) MATRICA ZA PROVLAČENJE ŽICE
-Naprezanja:-Trošenje radnih ploha
(i oksidi, toplina)- temperatura
ALATNI MATERIJALIAlati za oblikovanje metala u hladnom stanju
ALATNI MATERIJALIAlati za oblikovanje metala u hladnom stanju
ALATNI MATERIJALI
Zahtjevi na materijal alata za obradu (rezanje) bez OČ
ALATNI MATERIJALI
- kalupi za preradu polimera (direktno prešanje duromera, injekcijsko prešanje,ekspandiranje, ekstrudiranje)- kalupi za oblikovanje keramike (keramičke pločice)- kalupi za oblikovanje ilovače (cigla, crijep)- kalupi za preradu metala
kalupi za tlačni lijev (obojenih lakih metala i njihovih legura)kalupi za kovanje (ukovnji)
KALUPI
Alat koji se sastoji od žiga i matrice kao bitnih dijelova, te koji oblikuje bez odvajanja čestica (bez rezanja).
Ovisno o prerađivanom materijalu:
U hladnom stanju (pri ϑr < 200 °C) pri povišenim temperaturama (ϑr > 200 °C)
ALATNI MATERIJALI
a) Kalupi za direktno (izravno) prešanje polimera (duromera)
1. Glatka površina kalupa2. Korozijska postojanost3. OT (AB ...)
Kalupi za preradu polimera
Smola + dodatcipoliesterskaepoksidnafenolformaldeh.
Bakelit, tekstolit....
ALATNI MATERIJALIa) Kalupi za injekcijsko prešanje polimera (plastomeri)
PVC, PA, Teflon,...košare, ručke, stolovi,
stolci.....
žig, matrica
200 °C < ϑr > 200 °C
Naprezanja: - Trošenje (sapnicama)- Korozija radnih ploha - Toplinska naprezanja (temp. oscilacije)?- Udarna ? (zračnost ubrizgavalice)
ALATNI MATERIJALIKalupi za preradu polimera
ALATNI MATERIJALI
Zahtjevi na materijal kalupa za preradu polimera
ALATNI MATERIJALIKALUPI ZA PRERADU METALA ( za topli rad: kokile, ukovnji
Naprezanja:
1. mehanička (statička i dinamička)
1. toplinska a) temperatura prerađivanog metala (lijevanja, kovanja)b) sadržaj topline prerađivanog metalac) koeficijent konvektivnog prijelaza topline (α, W/m2K)d) koeficijent toplinske vodljivosti (λ, W/mK)e) dimenzije i konfiguracija kalupaf) način hlađenja kalupag) temperaturi predgrijavanja kalupa
2. trošenje pri povišenim temperaturama
TOPLINSKA NAPREZANJAσx = E⋅ β⋅ ΔT
- niža uljevna temp.- što niži α- što viši λ- što tanja stjenka alata
ALATNI MATERIJALI
Predgrijano Nepredgrijano
Shematski prikaz temperaturnog rasporeda u stijenci kalupa za tlačno lijevanje
- Stacionarni toplinski tok! najkritičnije: pregrijati treba vanjsku površinu- 2... 5 mm ispod površine
ALATNI MATERIJALI
Temperaturne promjene u površinskom sloju kalupa
Cikličke temperaturne promjene!
ALATNI MATERIJALI
TOPLINSKI UMOR uslijed cikličkih temperaturnih promjena → mrežaste pukotine (nastanak+ propagacija) (2 ... 5 mm)(loš izgled odljevka, otežano izbacivanje odljevka iz kalupa)
Shematski prikaz promjene naprezanja elementapovršine kalupa tijekom grijanja i hlađenja (prema Mickelu) Mrežaste pukotine (posljedica TU)
ALATNI MATERIJALI
Zahtjevi na materijal ovih alata:
- žilaviji uz visoku Re- jednolična mikrostruktura ϑr < A1 ↓F,K,IS- viša temp. pretvorbe P → A (ili više F ako Tr > A1
ALATNI MATERIJALI
Shema kovanja metala u ukovnju
Naprezanja:
- Udarni tlak pri ↑ϑ (žilavost!)- trošenje (oksidi)- toplinska naprezanja (TU)
UKOVNJI
ALATNI MATERIJALI
ALAT
hladni radϑr < 200°C
topli radϑr > 200°C
oblikovanjerezanje mjerenje
bez odvajanjačestica
odvajanjemčestica metala nemetala
kalupi rezanje
noževiglodalasvrdlaturpijerazvrtalapile
škaresjekačištance
savijanjeduboko
izvlačenjetlačno
isprešavanjeprovlačenječekićikliješta
prešanjeubrizgavanjetabletiranjeekstrudiranjevakuumiranje
kalibrigranične
mjerkepomična
mjerilamikrometrikutnici
ukovnjikokiletlačni ljevekstruzijaštanceprešanje
noževiglodalapilesvrdlaupuštala
Alatni čelici za rad u hladnom stanju Alatni čelici za rad u toplom stanju
najvažniji zahtjevi su postojanost na:trošenjeudarcekoroziju
najvažniji zahtjevi su postojanost na:popuštanjetrošenjeudarcetopl. umorkoroziju
pri 20 – 200°Cpri povišenim
temperaturama
brzo
rezn
ičel
ici
ZAHTJEVI NA SVOJSTVA ALATNIH MATERIJALA
OPĆA(primarna, majoritetna)
OTPORNOST NA TROŠENJE-abrazijsko trošenje-adhezijsko trošenje-tribooksidacija-umaranjeŽILAVOST
TRAŽENA SVOJSTVA (ZAHTJEVI) NA A.M
POSEBNA (sekundarna, minoritetna)
-otpornost na popuštanje-kaljivost (zakaljivost i prokaljivost)-dimenzijska stabilnost u radu-veličina austenitnog zrna-dimenzijska postojanost pri kaljenju
PROIZVODNA -mogućnost nabavke-cijena-OOČ-osjetljivost na razugljičenje
OT - ABRAZIJANastaje djelovanjem tvrdih čestica obrađivanog predmeta pri čemu dolazi do mikrorezanja, odnosno odnošenja djelića radne plohe alata
K, nečistoće, IMS, org. spojevi (drvo, koža), punila (polimeri)
Matrica: TVRDA!
K: udjel, kvaliteta, oblik i raspored
Kod AČ: Kaljenje! (M!)
Opća svojstva
OT - ADHEZIJAPojavljuje se u radu tako da dolazi do navarivanja čestica obrađivanog predmeta na radnu plohu ili oštricu alata (npr. stvaranje lažne oštrice!)
Uvjeti nastajanja:
- Metalni kontakt- dovoljno visoki pritisak- dovoljno visoka ϑ- ↑Re
Opća svojstva
OT - ADHEZIJA
Tribološki kompatibilni materijali!
- ↑Re alata (H, Rm)- dovoljno hlađenje - onemogućiti metalni kontakt
(podmazivanje, modificiranjem i prevlačenjem)
- poliranje radne površine
TRIBOOKSIDACIJA iUMOR POVRŠINE uslijed Hertzovog pritiska
Opća svojstva
Sposobnost akomulacije (apsorbcije) energije udarca. Žilavost se može definirati kao kombinacija dvaju čimbenika:
-sposobnošću deformacije prije loma (elastične i plastične) DUKTILNOST
- sposobnošću otpora trajnoj deformaciji, tj. visinom Re(Rp 0,2)
OS - ŽILAVOST
Ispitivanje žilavosti:- Torzijska žilavost
Opća svojstva
OS - ŽILAVOST Opća svojstva
OS - ŽILAVOST
Način prerade!
Opća svojstva
TALJENJE ⇒ PRETALJIVANJE ⇒ DEFORMIRANJE ⇒TOPLINSKA OBRADA
PROIZVODNJA ALATNIH ČELIKA:
1. KONVENCIONALNIM POSTUPKOM2. PRETALJIVANJEM POD TROSKOM (ESR, ESU,
PESR-zaštitni plin),PRETALJIVANJE U VAKUUMU (VAR, VLBO)
3. METALURGIJOM PRAHA (PM)
Proces pretaljivanja značajno poboljšava:
-čistoću (stupanj čistoće) i -homogenost čelika
-žilavost, duktilnost-izotropnost
⇒
Kemijski sastav + brzina hlađenja
Karakteristike odljevenog bloka:segregacije makro i mikroporoznostneravnomjerni raspored uključaka
⇒
ESR (ESU, EPT) VAR (VLBO)
Karakteristike pretaljenog bloka:bez blok segregacijahomogen i visoke gustoćeravnomjerni raspored uključaka
KONVENCIONALNO
+ SPECIJALNA TO
Utjecaj načina proizvodnje (pretaljivanja) čelika na a) stupanj čistoće i b,c,d) neka mehanička svojstva čelika X 40 CrMoV 5 1 (X37 Cr Mo V 51, )
Shematski prikaz tijeka proizvodnje alatnog čelika metalurgijom praha (PM)
- Bitno brže skrućivanje: (nema segregacija, mali karbidi, homogeno raspoređeni po masi)- Potpuna izotropnost svojstava- Omogućeno znatno viši udjeli Me (karbiditvoraca) → viša OT (nemoguće drugačije proizvesti)- Poboljšana sposobnost brušenja, poliranja, obrada elektroerozijom te fotonagrizanje- Manje, jednolične i ponovljive deformacije tijekom TO
Proizvodnja AČ praškastom metalurgijom (PM)
Utjecaj dobivanja čelika postupkom PM na mikrostrukturu ledeburitnog alatnog čelika
Neke skupine čelika proizvedenih PM raznih proizvođača
Bőhler Uddeholm R. Zapp
Kalupni čelici K 190 ISOMATRIX PM(MICROCLEAN)
M 390 ISOMATRIX PM(MICROCLEAN)
Vanadis 10 (4) CPM 10 VCPM 9 V
CPM T440 VM
Brzorezni čelici S 390 ISOMATRIX PM
S 590 ISOMATRIX PM
S 690 ISOMATRIX PM
S 790 ISOMATRIX PM
MICROCLEAN Vanadis 60Vanadis 30Vanadis 23
CPM Rex M4
1. OTPORNOST NA POPUŠTANJE Posebna svojstva
Otpornost na popuštanje (u užem smislu) što manje sniženje tvrdoće povišenjem ϑp.
ΔHRC = HRC 200 °C - HRC 500 °C
1. OTPORNOST NA POPUŠTANJE Posebna svojstva
-Rm, Re, HV, KV
-OT - pri povišenim temperaturama,
-Otpornost na oksidaciju - otpornost prema promjenama strukture
-Otpornost prema promjeni kvalitete površine
popuštanja
-Otpornost prema promjeni mjera
-Otpornost na TU
P = T (C + log t)Rp0,2 (Re) = f ( Tr) , poznato Re = f(HV).
Čelik tako legirati (u primjeni za rad pri povišenim radnim temperaturama) da on na toj temperaturi zadrži dovoljno visoku granicu tečenja, (tvrdoću)!
1. OTPORNOST NA POPUŠTANJE Posebna svojstvaZa AČ za topli rad i brzorezne čelike:
- RED HARDNESS (mjeri se na sobnoj temp. nakon ohlađenja s radne ili temperature pop. ,- HOT HARDNESS (mjeri se na temperaturi ispitivanja - radnoj ili temperaturi popuštanja).
1. OTPORNOST NA POPUŠTANJE Posebna svojstva
Zaključak: (HV)T = f ((HV 20 °C), T)(Rp o,2)T = f (HV)T
a) Na oko 500 °C:700 HV 60…62 HRCpovratan pad tvrdoće! nema trajnih promjena mikrostrukture!
b) > 550 °Cpad tvrdoće!nepovratno mekšanje!T poč.mekš.≅ (0,7 – 0,8) A1raspad M i koag. K
(OT)T = f ((HV)T, %K) slijedi:Posljedica snažnog mekšanja čelika biti će i znatno sniženje OT(koalescencija karbida).
1. OTPORNOST NA POPUŠTANJE Posebna svojstva
ČELIK TREBA IMATI:VISOKU TVRDOĆU NAKON POPUŠTANJA i VISOKU TVRDOĆU PRI POVIŠENIM TEMP. } ⇑ Nerastvorenih K i ⇑ HRCT → OP
ŽILAVOST:na sobnoj i radnoj (povišenoj) temperaturi
TOPLINSKI UMOR ?
2. KALJIVOST Posebna svojstva
a) ZAKALJIVOST
b) PROKALJIVOST
ZN: tlačna, vlačna
Berns-ov dijagram!ČELIK UVIJEK TREBA ZAKALITI NA MAKSIMALNU TVRDOĆU (osim VL. A.Č.T.R. i BRČ), POPUSTITI NA ϑP,OPT.
Rp0,2 = f (HRCr) ϑp = f ( HRC opt.)
3. DIMENZIJSKA STABILNOST U RADU Posebna svojstva
Promjene oblika u radu:
-visokih σ ispod Rp0,2 (elastične deformacije),→ presjek?
-visokih σ iznad Rp0,2 (trajne deformacije) - nedozvoljeno!
-prirodno ili forsiranog starenja P,S, masovni kvalitetni i plemeniti –
M ⇒ P- smanjenje volumenaAz ⇒ B (M)- povećanje volumena
Umjetno starenje nakon popuštanja
4. VELIČINA AUSTENITNOG ZRNA Posebna svojstva
Veličina A zrna:
- Parametara austenitizacije ϑa, ta
- Metalurškoj preradi
Porast A-zrna spriječava se:
- prisutnošću sitnih teško topivih nečistoća,- prisutnošću sitnih, jednoliko dispergiranih K po granicama zrna (npr. V4C3 karbid).
5. DIMENZIJSKA POSTOJANOST PRI KALJENJU Posebna svojstva
“Bezdeformacijsko kaljenje”?
Deformacije:
- Volumena (A→M - ↑volumena), legirati ~ 15 % Az tvrdoća- Oblika (iskrivljenje)
5. DIMENZIJSKA POSTOJANOST PRI KALJENJU Posebna svojstva
Posebna svojstva5. DIMENZIJSKA POSTOJANOST PRI KALJENJU
5. DIMENZIJSKA POSTOJANOST PRI KALJENJU Posebna svojstva
Oznaka čelika %C %Mn %Cr %Mo %W
90MnCrV 8 0,9 2
105 WCr 5 1 1 1 1,2
X210Cr 12 2,1 12
X 100CrMoV 5 1 1 5 1
Važnost: Alati se ne smiju nakon kaljenja brusiti (modulna glodala, komplicirane rezne ploče štanci, precizni kalupi s finim gravurama)
PROIZVODNI ZAHTJEVI
1. Cijena ? Što kvalitetniji materijal
2. Mogućnost nabavke
3. Obradljivost OČ (rezanje, brušenje)- sferoidizirana mikrostruktura- brušenje visokokarbidnih AČ teško!- elektroerozijom- foto nagrizanje….
Dodatak za obradu…
4. Otpornost na razugljičenje%C, ϑa, obvezna ZAŠTITA!
Dodatak za obradu kovanih šipki od alatnog čelika
Gotova dimenzija promjer ili debljina stranicemm
Dužina šipki do3500 mm
Dužina šipki3500 – 6000 mm
iznad do uključno
dodatak za obradu
dodatak za obradu
16 25 2,6 -
25 40 3 -
40 63 4 6
63 80 5 7
80 100 6 8
100 125 7 10
125 160 9 12
1. Cijena ? Što kvalitetniji materijal
Cijene visokolegiranog čelika za topli rad (npr. X 38 CrMoV 5 1) ovisno o načinu proizvodnje (pretaljivanja)
Konvencionalna + STO ESR VAR
1 (28 kn/kg) 1,5 2,0
Usporedba cijene alatnih čelika proizvedenih konvencionalnim načinom i PM
Alatni čelik za hladni radBrzorezni čelik
Konvencionalno PM Konvencionalno PM
X155CrVMo121 X220CrVMo134(K190 ISOMATRIX)
HS 6-5-2 HS 6-5-3S 790 ISOMATRIX
1 8 – 10 1 (60...70 kn/kg) 4 – 5 (250...300 kn/kg)
Elektroerozija omogućuje:
• jednostavniju izradu kompliciranih geometrijskihoblika alata (npr. raznih gravura ili gnijezdakalupa)
• veću produktivnost• veću radnu preciznost• učinkovitu i ekonomičnu alternativu klasičnim
OOČ• obradu prethodno kaljenih i poboljšanih čelika• poliranje šupljina u alatu i izradu koničnih provrta• obradu nepristupačnih dijelova predmeta
utjecaj na alatne čelike(zbog ugrijavanja):
1. mikrostrukturu2. stanje naprezanja3. stvaranje pukotina4. tvrdoću, čvrstoću5. sadržaj C i Me
Mikrostruktura nakon elektroerozijskeobrade na poprečnom presjeku:
a) čelika X 100 Cr Mo V 5 1 (tvrdoće 57 HRC) (i raspored tvrdoće)b) čelika 90 Mn V 8 (1026 mJ)c) čelika HS 6-5-2 (1026 mJ)a)
c)
b)
Raspored tvrdoće po poprečnom presjeku nakon obrade elektroerozijom raznih alatnih čelika /2/
RASTALJENA ZONA ZONA UTJECAJA TOPLINE (ZUT)PUKOTINE
Karakteristike AČ
SPECIFIČNOSTI TOPLINSKE OBRADE ALATNIH ČELIKA
1. ŽARENJA2. KALJENJE3. POPUŠTANJE4. POVRŠINSKE TOPLINSKE OBRADE
ŽARENJE ZA REDUKCIJU ZAOSTALIH NAPREZANJA
Nastanak:
- nejednolikog ohlađivanja nakon: valjanja,kovanja, zavarivanja, lijevanja
- nakon hladne deformacije (savijanja, ravnanja)- nakon grube OOČ)- nakon eventualnih strukturnih tansformacija
(parcijalno zakaljivanje nakon valjanja VLAČ)
- nedozvoljene deformacije prigrijanju
- lom (npr. pri transportu)
ŽARENJE ZA REDUKCIJU ZAOSTALIH NAPREZANJA
Fizikalna osnova redukcije ZN:Rp0,2 = f (ϑ)
Posljedice: - nema strukt. promjena- ZN ≈ 40…80 N/mm2
- trajna deformacijaParametri: ϑž, tž, hlađenje- sporo
Primjena: - AČ nakon grube OOČ- nakon normalizacijskog žarenja- prije nitriranja ako se alat ne TO- nakon poboljšavanja
Tem
pera
tura
°C
A1
Vrijeme
400..650 °C/ 2..4 hsporo (npr. u peći)
S = T (c + lg t)Larson Millerov parametar
SFEROIDIZACIJSKO ŽARENJE
Žarenje pri T oko A1 po potrebi osciliranjem oko A1 uz sporo hlađenje u cilju postizanja dovoljno mekog stanja za određenu namjenu, stanja najnižih mogućih ZN te uglavnom kuglastog oblika K
Fizikalna osnova SŽ:- Površinske napetosti (Rm)- Niska E → min. A/V
Rezultat: - ↓ Rm, H, ↑K, A- olakšano rezanje (grubi sferoid K)(srednje sferoidizirani K)- ↑ obradivost deformiranjem- TO lošija
Parametri: ϑsž, tž= 2…4 h (f (debljine K, hlađenje - sporo ≈ 50 K/h, zaštita
ϑs < A1-samo eid-
karbidi
podeutektoidni čelici:
- ugljični AČs < 0,8 %C- AČ: 45WCrV7, 60WCrV7- NLAČ za TR 55NiCrMoV6- Čelici za poboljšavanje
ϑs > A1- sferoidizirajuse nešto i K′′
- nadeutektoidni čelici
Razbijanje K′′ ljuske:
- hladnom deformacijom (mehanički)- kaljenjem s ϑa < Acm + ϑs < A1- normalizacija: ϑn > Acm + ϑs >A1
Posebni oblici sferoidizacije:
- Izotermička sferoidizacija Č za kotrljajućeležaje,
BRČ...
SFEROIDIZACIJSKO ŽARENJE
TEHNOLOŠKI PROCES IZRADE PREDMETA
NORMALIZACIJSKO ŽARENJE
Grijanje: ϑn = A3 + 30...70 °C –podeutektoidniϑn = A1 + 50...70 °C –nadeutektoidni
Hlađenje na zraku: vkd
P-zrno malo, iznad A1 visoku E (sitno zrno!)
Primjena:
- otklanjanje nepoželjne sekundarne strukturenadeutektoidnih Č. (karbidi, trakasta, …)
- otklanjanje grubozrnatosti (lijevanje, valjanje, kovanje, čim ↑ °C pri TO)
Posebni oblici normalizacije:- razbijanje K-ljuske ϑn > Acm (ulje)+ ϑs >A1- Izotermička normalizacija (VLAČ – jer se na
zraku djelomično zakale)
Normalizacija se izvodi kod proizvođača AČ. Čelik se isporučuje ili u normaliziranom ili češće u meko žarenom stanju!
Tem
pera
tura
°C
A1
Vrijeme
ϑn
V V (zrak)hl kd≤
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
Karakteristike AČ: visok sadržaj C (nadeutektoidni i podeutektički)Osim ugljičnih AČ postoje i legirani. Me se dodaju u cilju:- povišenja OT- povišenja OP- povišenja prokaljivosti- dimenzijske stabilnosti pri kaljenju- smanjenja rizika loma (voda, ulje, topla kupka, zrak!)
Postupci TO (kao i kod konstr.)Realizacija TO traži:- Različitu tehniku (oprema,
visoka ϑa, zaštita,… ) i- Puno pažnje
Tem
pera
tura
°C
ϑ TO
ugrijavanje progrijavanje držanje ohlađivanje Vrijeme
grijanje
površina
jezgra
jezgra
površina
ukupno vrijeme ugrijavanja
AUSTENITIZACIJA- , t- zaštitaϑa a
REŽIM GRIJANJA GAŠENJE
ϑa
Presjek vakuumske peći
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
ZAŠTITA PRI KALJENJU AČ
- zaštitna atmosfera- solna kupka- vakuumska peć-pakovanjem u koks, papir,
drveni ugljen, istrošeni granulat itd.
- zbog niske toplinske vodljivosti λ, naročito visokolegirani AČ, λ = f (ϑ)
- eventualno prisutnih zaostalih naprezanja- te nastupa novih toplinskih naprezanja
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
- postupno, ili sporo ugrijavanje, ili- što brojnija predgrijavanja
Utjecaj temperature na toplinsku vodljivosti (λ) raznih čelika
I. predgrijavanje 400 ....500 °C za sve AČII. predgrijavanje 860...880 °C za visokolegirane AČčija je ϑa 960...1150 °CIII. predgrijavanje 1050 °C za BČ. ϑa > 1200 °C
Predgrijavanje se izvodi u pećima ili solnim kupkama
a) Režim grijanja na temperaturu austenitizacije
< 700… 800 °C bez ZAŠTITE> 700… 800 °C potrebna zaštita ( razugljičenje,
pougljičenje i oksidacija):- zaštitna atmosfera- solna kupka- vakuumska peć- pakovanjem u koks, papir, drveni ugljen, istrošeni
granulat itd.
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
TRANSFORMACIJE PRI UGRIJAVANJU:Čelik u polaznom stanju sadrži strukturu F + K (Kid , K” i Ke)
Austenitizacijom težimo strukturi: Za podeutektoidne AČ AZa nadeutektoidne čelike A + xK” (x<1)Za podeutektične čelike A + xK” + Ke (x<<1)
b) Izbor temperature austenitizacije
za podeutektoidne ϑa = A3 + 30...70 Cza nadeutektoidne ϑa = A1 + 50...70 Cza ugljične: FeCza legirane: pseudobinarni FeC
b) Izbor temperature austenitizacije
Dijagrami FeC i pseudobinarni FeC (2%Mn)
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
b) Izbor temperature austenitizacije
Za podeutektične čelike vrijedi tzv. KRITERIJ 0,6 %C: griju se na onu ϑa koja osigurava barem 0,5...0,6 %C otopljenog u austenitu. Neotopljeni K!
Obavezna zaštita: - zaštitna atmosfera- solna kupka- vakuumska peć- pakovanjem u koks, papir, drveni ugljen, istrošeni granulat itd.
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
b) Trajanje austenitizacije
FeC i TTS dijagrami podeutektoidnog čelika
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
c) Gašenje
Mikrostruktura:
na ϑa: A + xK” (+ Ke) (Ke u slučaju podeutektičnih čelika)
u kaljenom stanju: M + Az + xK” (+ Ke) pri čemu je x < 1
Transformacije pri gašenju
Nadkritično gašenje!
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
c) Gašenje
Faza Az nepoželjna (osim 15 % "bezdeformacijsko kaljenje")Pretvorba Az → mijenja dimenzije i izaziva naprezanja i lom
Eliminacija: - DH ( prikladno za C i niskoleg. AČ + podeutektične )- dovoljno visoko popuštanje → Az ⇒ B - opasnost "krhkosti 300 °C"
ili Az ⇒ Kp + M” IV. stadij pop. - sekundarna tvrdoća
a) Režimom TO (prikladnim) izbjegavati Az:VAz = e –1,1 • 10-2 (Ms- ϑg) vrijedi za ϑg < Ms
pri čemu je: -ϑg - temp. sredstva za gašenje-VAz- volumenski udjel Az-Ms – temperatura početka
stvaranja M
Da bi VAz bio što niži treba biti što veća razlika Ms - ϑg (tj. viši Ms niža ϑg)
Kod C i niskolegiranih AČ (u cilju što manje Az):
b) DH neposredno nakon gašenja
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
MARBURGER KOISTINEN:
)(101,1 2gs
Z
M
A eV ϑ−•− −
=
099,0)20230(101,1 2
== −•− −eVZA
138,0)50230(101,1 2
== −•− −eVZA
1. Čelik s 0,8 %CMs = 230 °C
Temperatura sredstva za gašenje, ϑg, °C
Udjel zaostalog austenitaVAz , %
20 10
50 14
2. Čelik 100 Cr6 gašen u vodi, ulju i postupkom Martempering: ϑa = 845 °C , Ms = 215 °C, ϑTK=230 °CNačin gašenja % AZ
kontinuirano u vodi do 20 °C 5,8kontinuirano u ulju do 20 °C 7martempering ϑTK =230 °C/zrak 10,6martempering ϑTK =230 °C/voda 6,1
gašen u vodi
ϑg < Ms
c) Gašenje
Način gašenja za izbjegavanje Az:
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
c) Gašenjeb) DH neposredno nakon gašenja
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
c) Gašenje
Zaključak:
U cilju što manjeg udjela Az čelik treba:• austenitizirati na donjoj dopuštenoj ϑa te gasiti• najintenzivnije dopušteno ili
nakon martemperinga što brže (ulje, voda)na najnižu moguću temperaturu sredstva za gašenje
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
c) Gašenje
TEHNIKE GAŠENJA ALATNIH ČELIKA
KALJENJE ALATNIH ČELIKA
1005/8t=λPARAMETAR HLAĐENJA
c) GašenjeKALJENJE ALATNIH ČELIKA
POPUŠTANJE ALATNOG ČELIKA
1. Mikrostruktura kaljenja (gašenja): = f (sastava, ϑa, gašenja):
MM + AzM + Az + xK″M + Az + xK″ + Ke
M + P + B ( +F)B
2. Tvrdoća3. Zaostala naprezanja
POPUŠTANJE ALATNOG ČELIKA
II. stadij:
180 ... 320 °C/1h
AZ ⇒ B ″
200 °C/1 h ⇒ M0,25 + Fe 2,4C + B″ + AZ (+ K)
M + AZ + (K)
POPUŠTANJE ALATNOG ČELIKA
Brzorezni i visokolegirani AČ
IV. Stadij:
480 ... 620 °C/1h
AZ ⇒ Kp + M″
Dijagram popuštanjabrzoreznog čelika
POPUŠTANJE ALATNOG ČELIKA
{ { {
Nepp
ez
KxKMKM
KxKAM
++++
+++
////
%12...5
//
%30....15%80...58
POPUŠTANJE ALATNOG ČELIKA
Glavne krivulje popuštanja pojedinih skupina AČ (t = 1h)
Parametar popuštanja: P = T (C + lg t) (HRC = F (P))
POPUŠTANJE ALATNOG ČELIKA
Dijagram popuštanja čelika 90MnCrV 8 (0,9 %C, 2,0 %Mn, 0,3 %Cr, 0,1 %V)
POPUŠTANJE ALATNOG ČELIKA
Dijagram popuštanja čelika 90MnCrV 8ϑa = 775 °C/ ulje; tp = 1h
(0,9 %C, 2,0 %Mn, 0,3 %Cr, 0,1 %V, dimenzije: 50x50x12 mm)
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
- djelovanjem topline- difuzijom- nanošenjem- mehaničkim putem
modificiranje OTMikrostruktura površinskog sloja OK
stvaranje nove TBC itd
Toplinsko djelovanje na alatPrianjanje na podlogu (OT, Rmt, Rd)
ČELICI 250 °C < Temperatura popuštanja > 250 °C
Čelici za hladni rad - brzorezni čelici
- ugljični niskolegirani - čelici za topli rad
- ledeburitni alatni s 12 % Cr - ledeburitni alatni s 12 %Cr + 1 %V
- čelici za cementiranje - čelici za nitriranje
- čelici otporni na koroziju - čelici za poboljšavanje
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
PLAMENO KALJENJE
-grijanje plamenom predmeta većih dimenzija
-viša ϑa = 50...100 °C-δ > 2 mm
INDUKCIJSKO KALJENJE
-brže ugrijavanje-više ϑa-opasnost pukotina pri ugrijavanju pa će trebati predgrijavati-δ = f (KHz), parametara,...
KALJENJE DJELOMIČNIM URANJANJEM
-rastaljena solna kupka-ϑa > 150...200 °C-u slučaju pojedinačne obradbe kada nijeopravdano plameno ili indukcijsko kaljenje ni tehnički ni ekonomski
POSTUPCI POVRŠINSKOG KALJENJA: M, dubina, kratkotrajno, osjetljivost na gr.,polazna mikrostruktura?,deformacije
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATAKALJENJE LASEROM
-103-106 W/cm2
-kratko vrijeme: djelić sekunde-bitno viša ϑa-široko se mogu varirati dubine-samoohlađivanje vrlo intenzivno 106-107 K/s-više tehnika površinskog otvrdnjavanja: kaljenje s i bez rastaljivanja
-mikrostruktura u površini: fini M + Az u slučajurastaljivanja ledeburitnih čelika: fina ljevačkastruktura: M (+Az) + Ke visoka OT abrazijom
-primjena: parcijalno kaljenje:npr. površina velikih alata:-bridova za zatvaranje-vodilice-noževi za granuliranje polimera itd.
KALJENJE ELEKTRONSkiMSNOPOM
-pretvorbom kinetičke energije visoko ubrzanih čestica na površinu obratka precizno se može regulirati energija i dubina, (u vakuumu)-samoohlađivanje
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
IMPULSNO KALJENJE
- energetskim impulsima (0,5 do 50 ms)- minimalne deformacije- Male dubine: δ = 0,05 … 0,5 mm- ohlađivanje: samoohlađivanjem ili sredstvom- koristi se visokofrekventno ugrijavanje,
snopom elektrona, laserskim snopom ili plazmom.
- primjena: - tračne pile- rezni alat- britvice itd.
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
TOPLINSKO KEMIJSKI POSTUPCI(TERMOKEMIJSKI POSTUPCI)
DIFUZIJSKI POSTUPCI- nemetala- metala- metala i nemetala
POSTUPCI PREVLAČENJA- CVD- PVD- PACVD
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
CEMENTIRANJE-C (N)-pri ≈ 900 °C-obično u ganulatu-Eht = 0,5 -1,0 mm-niskotemp. popušt.-visoka HX (65 HRC)-visoka OTKarbonitriranje
-iako su AČ visokougljični-cilj: povisiti udjel posebnih K ( ↑ OT)-imaju višak MePrimjena:-W-Cr(Si) čelici (0,45 … 0,8 %C)-čelici za topli rad (primjena za hladni rad)-brzorezni čelici (za hladni rad – štance)-kalupi za polimere (Č. za cementiranje)
NITRIRANJE (NITROKARBURIRANJE)-N, (C, O)-450 … 580 °C-nitridi → OT (adhezija –ljepljenje)-nema brušenja samo poliranje-ϑp > ϑn-«bez deformacija»
Primjena:-brzorezni (kratko)-alati za topli rad (kalupi za tlačni lijev)-X155CrVMo12 1 (Č4850) s ϑa = 1080 °C-čelici za poboljšavanje, kalupi za preradu polimera
DIFUZIJSKI POSTUPCI -difuzija nemetaIa
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
DIFUZIJSKI POSTUPCI -difuzija nemetaIa
BORIRANJE
-oko 900 °C-boridi-tvrdoće oko 2000 HV-dubine nek. desetaka do 300 μm-OT (AD + AB)-moguća naknadna obrada jezgre
-nema brušenja samo honovanje
Primjena:
-alati za oblikovanje
OKSIDACIJA U VODENOJ PARI
-npr. BRČ pri 550 °C u pari oksidira: Fe3O4, 10 μm→ otpornost prema stvaranju lažne oštrice
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
- ALITIRANJE (FexAl– otpornost na oksidaciju, postojanost u
plinovima sa S
- SILICIRANJE (FexSi) – otpornost prema kiselinama
-900…1100 °C u kupkama-jedan ili više Me-povišenje OT-povišenje korozijskepostojanosti
-otpornost na oksidaciju
- VANADIRANJE ( VC ) 3000…4800 HV0,1- DIFUZIJSKO KROMIRANJE(Cr23C6 1200 HV0,1; Cr7C3 2000 HV0,1)
DIFUZIJSKI POSTUPCI -difuzija metala ( i nemetaIa)
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA - prevlačenje
CVDChemical vapourdeposition
-jedan ili više slojeva-TiN, TiC, Ti(CN), Al2O3-tvrdoće 2500…3000 HV0,1-debljine 1…20 μm-OT (AB, AD, OK)-800…1000 °C-poseban režim za AČ zbog visoke ϑ
Primjena:-rezni alat (sinterirani TM,ledeburitni i AČ za topli rad
-alati za oblikovanje
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA - prevlačenjePACVD Plasma assistedCVD
-karbidi, nitridi, oksidi, dijamant idijamantu slični spojevi (DLC)
-ϑ ~ 500 °C
PVDPhysical vapordeposition
-slojevi TiN, TCN, TC, oksidi-debljine 2…6 μm-ϑ = 200 - 500 °C
-BRČ (svrdla, glodala…)
-alati za oblikovanje-alati za preradu polimera…
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
TVRDO KROMIRANJE
Cr se elektrolitičkim putem nanosi depozit (2,5...100 μm )- niski koeficijent trenja, inkopatibilnost Fe- otpornost na kiseline, (osim na HCl)- toplinska otpornost do 300 °C- neotporan na udarce
T- glodala
POSTUPAK SULF B.T.
elektrolitički pri 190 °C tijekom 10 min- stvara se FeS oko 5 μm debljine- niska je temperatura pa su prikladni svi A.Č
POSTUPCI POVRŠINSKIH OBRADA ALATA
top related