hőkezelési műveletek tervezése hőkezelés és hegesztés ii

MECHANIKAI TECHNOLÓGÁK Hőkezelési műveletek tervezése

Mechanikai Technológiai Tanszék 1

Hőkezelési műveletek tervezése

Hőkezelés és Hegesztés II.



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



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



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.



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



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).


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


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


• 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.


1

m

A

L

K

3

k 0m

1 k m

T -TL ct = ln

K T -T


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)


Ta T

t

ac

2 2 2

2 2 2x y z



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.



Normalizáláshoz, edzéshez Megeresztéshez



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



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



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)



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



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



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)



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.



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.

hőkezelési műveletek tervezése hőkezelés és hegesztés ii

Documents