- 7 -

4 – TOPLINSKI REŽIM ZAGRIJAVANJA ULOŠKA, HLAĐENJA OTKOVKA I TOPLINSKE OBRADE OTKOVKA

Prema Dobrohotovu vrijeme zagrijavanja čelika u pećima sa plamenom i pri zagrijavanju sa obje strane je:

baDDkH ⋅⋅⋅=

Gdje je: H – vrijeme zagrijavanja u satima

k – koeficijent - ugljični čelici do 0,4%C k = 10,

- legirani čelici k = 20.

D – promjer komada u metrima

a i b – faktori koji uzimaju u obzir razmještaj komada u peći i odnos L/D

Slika 5. Korekcijski faktori zavisni o ulaganju materijala u peć

Duljina komada prema poprečnom presjeku L/D također utječe na vrijeme zagrijavanja.

Tablica 2. Faktor b u ovisnosti o odnosu L/D.

L/D 3 2 1,5 1

˝b˝ 1 0,98 0,92 0,71

Ukupno vrijeme zagrijavanja sastoji se od vremena zagrijavanja do kritičnih temperatura h1 i vremena h2 od kritičnih temperatura do temperature deformacije.

Vrijedi:

Za ugljični čelik DDHDDhDDh 10;5;5 21 === (h)

Za legirani čelik DDHDDhDDh 20;7,6;3,13 21 === (h)

Ukupno vrijeme zagrijavanja je onda: H = ( h1 + h2 ) · a · b (h)

- 8 -

Nakon vremena h1 potrebno je određeno vrijeme da se komadu ujednaći temperatura, isto tako i nakon zagrijavanja na konačnu temperaturu, ta vremena su prikazana dijagramom na slici 6.

Slika 6. Dijagram zagrijavanja čelika

Kod hlađenja treba voditi računa da se otkovak hladi postepeno kako ne bi došlo do pucaja otkovka uslijed pojave jakih unutarnjih naprezanja koja dolaze pri naglom hlađenju. Radi toga potrebno je hlađenje provoditi postepeno, a mogu se hladiti na zraku, u pijesku, pepelu ili jamama za hlađenje uz dodatno zagrijavanje. Ako je nakon kovanja potrebno provesti normalizacijsko zagrijavanje otkovka, pri tome voditi računa da se pri toj toplinskoj obradi pravilno odrede režimi zagrijavanja. Normalizacijskim žarenjem otkovaka osigurava se homogena sitnozrnata struktura i otklanjaju se eventualna zaostala naprezanja.

h4

h1

h3

h2

- 9 -

Tablica 3: Podatci za obradu i dozvoljena odstupanja kod otkovaka okruglog presjeka. N

om

inal

na

uku

pna

du

žin

a o

tko

vka

L (

mm

)

Do

dat

ak Nominalni promjer promatranog dijela otkovka u mm

250 – 320

320 – 400

400 – 500

500 – 650

650 – 800

800 – 1000

1000 – 1250

1250 - 1500

1500 – 1750

1750 – 2000

250 – 400 a1

30

a 28

400 – 650 a1

31 35 11 38

a 8 27 9 31 10

650 – 1000 a1

32 10 35 12 38 13

a 25 8 29 10

1000 – 1500 a1

32 11 36 12 40 13

a 26 8 29 9 32 11

1500 – 2500 a1

33 11 36 41 13

a 27 9 30 10 33 11

2500 – 3200 a1

35 11 38 13 41 14

a 28 9 31 10 35 11

3200 – 4000 a1

35 10 39 13 43 14

a 29 9 38 11 35 12

4000 – 5000 a1

36 18 40 13 44 14

a 29 10 33 36 12

5000 – 6500 a1

37 18 41 14 44 15

a 31 10 34 11 37 18

6500 – 8000 a1

38 19 42 14 45 15

a 32 10 35 12 36 13

8000 – 10000 a1

40 13 44 14 47 15

a 33 11 36 12 40 13

10000 – 12000 a1

a

12000 – 15000 a1

a

- 10 -

No

min

aln

a uk

upn

a d

uži

na

otk

ovk

a L

(m

m)

Do

dat

ak Nominalni promjer promatranog dijela otkovka u mm

32 - 40 40 - 50 50 - 65 65 - 80 80 - 100 100 - 125

125 - 160

160 - 200

200 - 250

Do 250 a1 7 2 8 3 10 3 12 14 5 17 5 20 6 23 7

a 5 1,5 5 1,5 7 8 3 10 3 12 4 12 4 14 5

250 – 400 a1 7 2 8 3 11 13 4 15 5 17 6 20 7 23 8 27 9

a 5 1,5 5 1,5 7 8 3 11 3 13 4 15 5 17 6 20 7

400 – 650 a1 8 2 9 3 11 13 4 16 5 18 6 21 7 24 8 27 9

a 5 1,5 6 2 8 9 3 11 4 13 4 16 5 18 6 21 7

650 – 1000 a1 8 3 10 3 11 14 4 16 5 19 6 22 7 25 8 28 9

a 5 1,5 7 2 8 3 10 3 11 4 14 4 16 5 19 6 22 7

1000 – 1600

a1 9 3 11 3 13 4 14 5 17 6 20 6 23 7 26 8 29 9

a 7 2 8 2 19 11 13 4 14 5 17 6 20 6 23 7

1600- 2500 a1 11 3 12 4 14 4 16 5 18 6 21 7 23 8 27 9 30 10

a 8 2 8 3 11 3 12 14 4 16 5 18 6 21 7 23 8

2500 – 3200

a1 11 4 13 14 5 17 20 6 22 7 25 8 28 9 31 10

a 8 3 10 3 11 4 13 4 14 5 17 5 20 6 22 7 25 8

3200 – 4000

a1 12 4 14 4 16 17 6 20 7 23 7 26 8 21 9 32 11

a 10 3 11 3 12 14 4 16 5 17 6 20 7 23 7 26 8

4000 – 5000

a1 15 5 17 5 17 6 21 7 23 8 25 9 29 33 11

a 11 4 13 15 5 17 5 19 6 21 7 23 8 26 9

5000 – 6500

a1 17 20 6 22 7 25 8 28 9 31 10 34 11

a 14 16 5 17 5 20 6 22 7 25 8 28 9

6500 – 8000

a1 21 7 23 8 26 8 29 9 32 10 35 12

a 17 6 19 6 21 7 23 8 26 8 29 9

8000 – 1000

a1 25 8 27 9 30 10 33 18 36 12

a

- 11 -

Zadatak:

Tehnologijom slobodnog kovanja treba izraditi otkivak strojnog dijela prikazanog na slici 7.

Rješenje treba sadržavati sve elemente i faze potrebne za ovu tehnologiju, konstrukcijski

crtež strojnog dijela, proračun mase otkivka, izbor uloška, konstrukciju kovačkog crteža,

tehnološku kartu kovanja, stupnjeve deformacije po operacijama, toplinske režime

zagrijavanja uloška, hlađenja otkivka i toplinske obrade otkivka.

Materijal: Č.1330 (ugljični čelik)

Toplinska obrada: poboljšano

Stroj za kovanje: čekić i preša

Slika 7. Konstrukcijski crtež osovine

Tablica 1. Dimenzije

i 1 2 3 4 5

Di (mm) 155 255 275 435 335

Li (mm) 435 585 385 200 390

- 12 -

Konstruiranje kovačkog crteža otkovka

Dodaci na obradu i kovačke tolerancije određuju se prema standardu GOST 7062-54 (tablica

3). Određuju se ovisno o pojedinom promjeru i ukupnoj dužini osovine L te slijedi:

Tablica 2. Dodaci na promjer otkivka

Promjer

osovine (mm)

Ukupna dužina

otkivka (mm)

Dodatak a na

promjer otkivka

(mm)

Dodatak a1 za

manje promjere

(mm)

Promjer

otkivka (mm)

155 1995 18 ± 6 23 ± 8 178 ± 8

255 1995 27 ± 9 33 ± 11 288 ± 11

275 1995 27 ± 9 33 ± 11 308 ± 11

435 1995 33 ± 11 41 ± 13 476 ± 11

335 1995 30 ± 10 36 ± 12 371 ± 12

Dodatak za duljinu L1 uključuje kraj otkivka i dodatak za probu za mehanička ispitivanja:

1.5 a ± 33 % a + 250 mm, pa je:

L1 = 435 mm + 1.5 ∙ 18 ± 0.33 ∙ 18 + 250 mm = 712 ± 6 mm

Dodatak za duljinu L2 ne računamo.

Dodatak za duljinu L3:

L3 = 385 mm + 0.75 ∙ 27 ± 0.33 ∙ 27 = 406 ± 9

Dodatak za duljinu L4 uključuje obje strane pa računamo:

L4 = 200 mm + 2 ∙ 0.75 ∙ 33 ± 0.33 ∙ 33 = 250 ± 11

- 13 -

Dodatak za duljinu L5 uključuje kraj otkivka pa računamo:

L5 = 390 + 1.5 ∙ 30 ± 0.33 ∙ 30 = 435 ± 10

Tablica 3. Dimenzije otkivka sa svim dodacima za obradu

Promjer

osovine (mm)

Promjer otkivka s

dodatkom (mm)

Dužina promjera

osovine (mm)

Duljina promjera otkivka s

dodatkom (mm)

155 178 ± 8 435 712 ± 6

255 288 ± 11 585 -

275 308 ± 11 385 406 ± 9

435 476 ± 13 200 250 ± 11

335 371 ± 12 390 435 ± 10

Slika 8. Kovački crtež otkivka sa svim dodacima za obradu

- 14 -

Proračun mase otkivka i izbor uloška

Masa otkivka računa se iz volumena i gustoće:

( )222

124ddDDLLdVotk +⋅+⋅⋅+⋅⋅Σ= ππ

20.178 0.7124 12otkVπ π= ⋅ ⋅ + ⋅ ( )2 20.539 0.178 0.178 0.288 0.288⋅ + ⋅ + +

20.3084

π+ ⋅ 2 20.406 0.476 0.250 0.371 0.4354 4

π π⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ =

3

3elik

otk otk

0.1628 m

7850 kg / m

m V · 0.1628 · 7850 1277.98 kg

otk

č

V

ρρ

=

== = =

Otkivak će se iskovati iz čeličnog lijevanog ingota.

Masa ingota

0,25

0,06

0,05 (prvo zagrijavanje) 0,04 (dva dogrijavanja)

0,04

0,25 0,06 0,05 0,04

gl glave ing

pete ing

odg odgora ing ing

odr odrezivanja otk

gub gubitka gl pete odg odr ing ing ing

m m m

m m

m m m m

m m m

m m m m m m m m m

= = ⋅

= ⋅

= = ⋅ + ⋅

= = ⋅

= = + + + = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ 0,04

0,4 0,04

0,4 0,04

ing otk

gub ing otk

ing otk gub

ing otk ing otk

m m

m m m

m m m

m m m m

+ ⋅

= ⋅ + ⋅

= +

= + ⋅ + ⋅

1.04 1.04 1277.982215.17

0.6 0.6otk

ing

m kgm kg

⋅ ⋅= = = Iz tablice 1. odabire se ingot mase 3000 kg.

Koeficijent iskorištenja materijala:

1277.98100 100 42.6%

3000otk

ing

m

mη = ⋅ = ⋅ =

- 15 -

Tehnološka karta kovanja

Pretpostavimo da će biti potrebna dva dogrijavanja uloška za izradu otkivka

Red. br. oper.

Skica operacije Opis operacije Alat

1.

Zagrijavanje ingota u komornoj peći prema režimu zagrijavanja do temperature kovanja

2.

Predkovanje ingota na promjer Ø500 mm

Gornji alat je ravna ploča, a donji ukovanj sa V izrezom

3.

Na dijelu glave iskovati rukavac Ø300x400 mm, koji će služiti kao držač u alatu za sabijanje

Gornji alat je ravna ploča, a donji ukovanj sa izrezom

4.

Sabijanje otkivka na Ø800 mm u cilju poboljšanja strukture u materijalu

Gornji alat je ravna ploča, a donji ploča sa otvorom

5.

- Iskivanje otkivka na promjer Ø476 mm - Odsijecanje krajeva na mjestu glave i pete ingota

- Rompski ukovanj - Alat za odsijecanje

6.

Dogrijavanje uloška u komornoj peći do temperature kovanja

7.

Obilježavanje i zasijecanje mjesta za iskivanje jednog rukavca

Alat za obilježavanje i zasijecanje

- 16 -

8.

- Iskivanje rukavca Ø371 mm - Kontrola dimenzija Ø371 mm sa šablonom - Odsijecanje kraja na potrebnu dužinu

- Rompski i radijusni ukovnji - Šablona za kontrolu - Alat za odsijecanje

9.

- Zaokretanje otkivka - Obilježavanje i zasijecanje mjesta prema slici

Alat za obilježavanje i zasijecanje

10.

- Iskivanje promjera Ø308 mm - Kontrola dimenzije Ø308 mm sa šablonom

- Rompski i radijusni ukovnji - Šablona za kontrolu

11. Dogrijavanje uloška u komornoj peći do temperature kovanja

12.

Obilježavanje i zasijecanje mjesta za iskivanje prema slici

Alat za obilježavanje i zasijecanje

13.

- Iskivanje konusa i rukavca Ø192 mm - Kontrola dimenzija sa šablonom

- Rompski, radijusni i konusni alat za kovanje - Šablona za kontrolu

14.

Odsijecanje kraja na potrebnu dužinu

Alat za odsijecanje

15. Kontrola dimenzija sa šablonom

Šablona za kontrolu

16. Hlađenje otkivka nakon kovanja

17. Normalizacija otkivka

18. Kaljenje otkivka

19. Poboljšanje otkivka

- 17 -

Određivanje dimenzija po operacijama:

Operacija 5:

2

5

5 2

0.4760.36 0.64

4

4 0,64 30001375.14

0.476 7850

ing ing ingm m L m

L mm

π ρ

π

⋅− ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅

⋅ ⋅= =⋅ ⋅

Operacija 7:

2 2

2

7 2

7

0.371 0.4760.435 1.04

4 4

gubici obrezivanja

0.3710.435 1.04 0.275

0.476275

L

L m

L mm

π π⋅ ⋅⋅ ⋅ = ⋅

↓

= ⋅ ⋅ =

=

Operacija 10:

2 2

2

10 2

10

0.308 0.4760.815

4 4

0.4760.850 2.030

0.3082030

L

L m

L mm

π π⋅ ⋅⋅ = ⋅

= ⋅ =

=

- 18 -

Stupanj deformacije po pojedinim operacijama kovanja

Stupanj ukova

1

1

1 2

2 2

12

2 2

2 2

23

3

2 2

45

5

2 2

58

8

2

510

10

550 630590

2 2

5901.39

500

5002.78

300

8002.82

476

4762.25

317

476

3

i ii

i i

sr

sr

A LU

A L

b bd mm

dAU

A d

dU

d

dU

d

dU

d

dU

d

−

−

= =

+ += = =

= = = =

= = =

= = =

= = =

= =

2

2 2

1013

13

2.3908

3082.99

178

dU

d

=

= = =

Stupanj sabijanja

1

2 2

44

2

8002.56

500

ii

i

AS

A

dS

d

−

=

= = =

Ukupni stupanj deformacije

22 2

max

min 13

59010.99

178sr

uk

d dU

d d

= = = =

- 19 -

Toplinski režimi zagrijavanja uloška, hlađenja otkivka i toplinske obrade otkivka

Tablica 4: Temperaturni interval tople plastične deformacije

Vrsta metala i legure Temperatura zagrijavanja u °C

Čelici: Ugljični niskolegirani do 0,25%C Ugljični niskolegirani od 0,25%C do 0,45%C Ugljični čelici od 0,45%C do 0,65%C Ugljični čelici od 0,65%C do 0,9%C Austenitni nehrđajući čelici Feritni nehrđajući čelici Brzorezni čelici

850 – 1240 850 – 1220 850 – 1200 850 – 1160 1050 – 1250 800 – 1000 1180 - 1220

Al i Al legure Tehnički čisti Al AlMg3 AlMg1,5 AlCu5Mg2Mn AlCu3Si1MgMn AlCu5Si1Mn1Mg AlZn6Mn3Cu2Mg AlSi12Cu3Mg2Ni1,5Fe1,5

480 – 550 300 – 500 300 – 500 350 – 450 350 – 450 350 – 450 350 – 430 350 – 480

Cu i Cu legure Tehnički čisti Cu Al – bronza CuAl9Mn1,5 ““ CuAl9Fe4 ““ CuAl10Fe3Mn1,5 ““ CuAl10Fe4Ni4 Mn – bronza CuMn3Si Be – bronza CuBe2Ni Mesing Cu62Zn Mesing Cu69Zn Spec. Ni – mesing Cu65ZnNi5

Spec. Mn – mesing Cu58ZnMn2

Spec. Mn – mesing Cu57ZnMn3Al Spec. Pb – mesing Cu59ZnPb1

800 850 – 950 750 – 850 775 – 825 850 – 900 800 – 850 760 – 800 600 – 800 750 – 830 650 – 850 550 – 750 550 – 700 650 – 800

- 20 -

Slika 9. Vrijeme porebno za izjednačenje na Slika 10. Vrijeme porebno za izjednačenje na temperaturi 650°C temperaturi kovanja

Prema tablici 4 za čelik Č. 1430 temperaturni interval kovanja iznosi t = 850 ÷ 1240 °C

Vrijeme zagrijavanja uloška:

Zagrijavanje do temperature 650 °C

- prema Dobrohotovu: 1 5 5 0,63 0,63 2.5h D D h= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =

Izjednačavanje temperature na 650 °C

- prema dijagramu na slici 9: h1' = 40 min = 0,66 h

Zagrijavanje od 650 °C na temperaturu kovanja 1240°C

- prema Dobrohotovu: 2h1 5 5 0.63 0.63 2.5 h D D h= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =

Progrijavanje na temperaturu kovanja

- prema dijagramu na slici 10: h2' = 3.5 h

Ukupno vrijeme zagrijavanja:

1 1 'H h h= + 2 2 'h h+ + = 2.5 + 0.66 + 2.5 + 3.5 = 9.16 h

- 21 -

Hlađenje otkovka:

Prema dijagramu sa slike 11. ovisno o promjeru otkivka i za srednje ugljične čelike preporučuje se

hlađenje na zraku.

Normalizacija:

Provodi se nakon kovanja radi poboljšanja strukture u temperaturnom intervalu 860 – 890°C.

Toplinska obrada – poboljšavanje:

Kaljenje u ulju pri temperaturi austenitizacije 850 – 880 °C.

Poboljšanje pri temperaturi 650 – 700 °C.

Slika 11. Dijagram hlađenja