A szerszámacélok hőkezelése A hőkezelések áttekintése

1. A szerszámacélok hőkezeléseA hőkezelések áttekintése

2. Hőkezelés • A hőkezelés egy tervszerűen megválasztott hőmérsékletváltoztatási folyamat, mely felhevítésből, hőntartásból és lehűtésből áll, és célja a munkadarab szövetszerkezetének illetve feszültségállapotának tudatos megváltoztatása, az előírt tulajdonságok elérése céljából.

3. A hőkezelés alapja lehet: • az allotróp átalakulások befolyásolása, az eutektoidos folyamat egyensúlyitól való eltérítése (vasötvözetek) • a szilárd állapotban végbemenő oldódás és kiválás befolyásolása • a diffúzió, a szilárd állapotban bekövetkező oldódás , ötvözés tudatos kihasználása • feszültségmentesítés

4. A hőkezelések csoportosítása • teljes keresztmetszetre kiterjedő és • felületi hőkezeléseket.

5. Teljes keresztmetszetre kiterjedő hőkezelések • A kezelések lehetnek: • lágyító és egyneműsítő • keménységet fokozó • szívósságot fokozó Az anyagokra vonatkozó anyagszabványok a legfontosabb hőkezelések adatait tartalmazzák.

6. Lágyító és egyneműsítő hőkezelések • Cél: a lágy, homogén, finomszemcsés állapot biztosítása. • Felosztás: • átkristályosodással nem járó hőkezelések T Ac1 • teljes átkristályosodással járó kezelések T Ac3

7. Átkristályosodással nem járó hőkezelésekLágyítás Cél:a 0,3 %-nál nagyobb C tartalmú ötvözetlen valamint ötvözött acélok forgácsolhatóságának, alakíthatóságánakbiztosítása. az acélt Ac1-nél 10-20 C-al kisebb hőmérsékletre (680-700 C-ra) hevítjük, itt hőntartjuk, majd kemencében hűtjük. A hőntartás időtartama ötvözetlen acélok esetében 2-3 óra, ötvözötteknél 4-5 óra.

8. Lágyítás Szövetszerkezet: szemcsés perlit A cementit lemezek felszakadása még nem történt meg 0,45 % C ötvözetlen acél

9. Normalizálás • Célja a melegen alakított, hegesztett, öntött acélok túlhevített, durvaszemcsés, egyenlőtlen szemcseszerkezeténekjavítása • A ausztenitesítés(Ac3+30-50 C°), 5-10 perces hőntartás után nyugodt levegőn való lehűtésből • A keletkező szövetszerkezet a C tartalomtól függően ferrit, lemezes perlit vagy lemezes perlit és szekunder cementit. • A normalizált acélok mechanikai jellemzői a szelvényátmérőtől függnek!

10. Keménységet fokozó hőkezelések • Cél: az acél legnagyobb keménységének biztosítása. • Az acél martenzites állapotban a legkeményebb. A martenzit úgy érhető el, hogy az acélt homogén ausztenites állapotból a felső kritikus lehűlési sebességnél gyorsabban hűtjük. Ezt a műveletet, mint hőkezelést edzésnek nevezzük. • Az edzés célja a martenzites szövetszerkezet biztosítása!

11. Az acél edzhetősége, átedzhetősége • Az acélnak azt a tulajdonságát, hogy ausztenites állapotból vkf-nél nagyobb sebességgel hűtve martenzitessé tehető az acél edzhetőségének nevezzük.

12. Az acél edzhetősége, átedzhetősége Az edzhetőség feltételei: 1. A szövetszerkezet a hűtés megkezdésekor legyen ausztenites. • Hipoeutektoidos acéloknál: Ac3 + 30 - 50 C • Eutektoidos acéloknál: Ac1 + 30 - 50 C • Hipereutektoidos acéloknál: Ac1 + 30 -50 C, 2. A C tartalom legyen nagyobb, mint 0,2 % 3. A lehűlési sebesség legyen nagyobb, mint a vfkf .

13. Az átedzhetőség fogalma • Ideálisan vagy teljesen átedződő szelvényátmérőnek nevezzük azt az átmérőt, amelynél az adott összetételű mdb teljes keresztmetszete martenzites lesz (v > vkr) • átedződő szelvényátmérőnek (DI) nevezzük azt az átmérőt, amelynél az adott összetételű mdb magja 50%-ban martenzites, 50%-ban bénites lesz • A gyakorlatban az átedzhető szelvényátmérőt (DI) tekintjük edzhetőségi kritériumnak

14. Az edzhetőség vizsgálata Jominy próbával (2) A Jominy-vizsgálat kísérleti elrendezése A vízsugár intenzitása, ezáltal a hűlési sebesség állandósága az esési magassággal szabályozott

15. Jominy vizsgálat

16. Az átedzhetőséget befolyásoló tényezők (1) Ausztenit szemnagyság: A számok 4-8-ig a szemcsenagyságot mutatják, a 8-as a legkisebb szemcse Minél nagyobb az ausztenit szemcsnagyság, annál jobb az átedzhetőség. Vigyázat a durvább martenzit nem kedvező! A karbon tartalom növeli a martenzit keménységét, és az átedzhetőséget

17. Az átedzhetőséget befolyásoló tényezők (2) Ötvözőelemek:az egyes ötvözők az átedzhetőséget eltérő mértékben növelik, ezt egy szorzótényező fejezi ki

18. Ötvözetlen és ötvözött acélok Jominy görbéi C tartalom hatása az elérhető keménység nő Hűlési sebesség Ötvözők hatása, DI-t növelik

19. Edzés • Célja a martenzites szövetszerkezet, ezzel a legnagyobb keménység biztosítása. • Az edzés hőmérsékletének megválasztásakor az alábbiakat kell figyelembe venni: • Hipoeutektoidos acéloknál: Ac3 + 30 - 50 C • Eutektoidos acéloknál: Ac1 + 30 - 50 C • Hipereutektoidos acéloknál: Ac1 + 30 -50 C • Az egyes acélfajták edzési hőmérsékletét a vonatkozó anyagszabványok tartalmazzák.

20. Szívósságot fokozó hőkezelések Nemesítés A nemesítés = edzés + nagyhőmérsékletű megeresztés. A megeresztés során lejátszódó folyamatok A kialakuló szövet szferoidit

21. Felületi hőkezelések Az elvárás a kemény kopásálló felület (kéreg) és szívós mag Így megkülönböztetünk: • összetételt nem változtató felületi edzéseket • összetételt változtató kérgesítő eljárásokat

22. A felületi hőkezelések áttekintése az edzhetőség feltételei alapján A felületi edzések alapelve az, hogy az edzéshez szükséges 3 feltétel közül mindhárom, csak a kéregben teljesül • 1. ausztenitesítés ( hevítés T  A c3 ) • 2. hűtés v kf-nél nagyobb sebességgel • 3. C  0,2 %

23. Az acél összetételét nem változtató felületi hőkezelések,Felületi edzések • A felületet meghatározott mélységig T  A c3 hőmérsékletre hevítik, és onnan a vkf-nél gyorsabban hűtik. • A kéregvastagságnak megfelelő mélységű hevítéshez rendkívül nagy hevítési sebességet (500-1000 C /sec) kell elérni • Ez csak nagy felületi teljesítménnyel lehetséges (1000-10000 W/ cm2). • Eközben a mag hőmérséklete és szövetszerkezete nem változik.

24. Összetételt változtató un. termokémiai kezelések

25. Termokémiai kezelések 1 • Cél: a felületen meghatározott mélységig valamilyen fémes vagy nemfémes elem koncentrációját megnövelni és így a kéreg tulajdonságát a kívánt módon megváltoztatni. • Az eljárások célja lehet mechanikai-, hő-és vegyi hatásokkal szembeni ellenállás növelése. A legtöbb esetben a cél a felület kopásállóságának és a munkadarab kifáradással szembeni ellenállásának növelése a kemény kéreg és szívós mag biztosításával.

26. Termokémiai kezelések 2 • A felület ötvözésére különféle termokémiai eljárások terjedtek el, amelyekkel leggyakrabban karbont és nitrogént, ritkábban bórt, krómot, alumíniumot, szilíciumot juttatunk diffúzió útján az anyag felületébe. • A kéreg vastagsága az eljárás jellegzetességétől, a darab méretétől függően betétedzés, nitrocementálás esetében kb. 0,1-2 mm, karbonitridálásnál kb. 20m.

27. Termokémiai kezelések 3 • A felület ötvözéséhez szükséges elemet a darabot körülvevő közeg biztosítja. • A közeg feladata, hogy a felülettel kölcsönhatásba lépve, azt valamilyen elemmel feldúsítsa.

28. Termokémiai kezelések 4 • A kölcsönhatás három részfolyamatra bontható: • Az ötvöző elemet atomos állapotban kell a felületre juttatni. Ez az atomos állapotú elem rendszerint disszociáció eredménye. • A közeg által atomos állapotban leadott elemnek meg kell tapadni az acél felületén. Ez a folyamat az adszorpció. • Az adszorbeált elemnek a felületi rétegbe kell vándorolni. Ez a diffúzió révén lehetséges.

29. Betétedzés • A betétedzés lényege, hogy a kis C tartalmú, nagyon szívós acélok felületi rétegét karbonnal dúsítják, majd az ily módon a kérgében edzhetővé vált darabot edzik. A betétedzés = cementálás + edzés

30. Nitridálás, karbonitridálás • A nitridálás célja az acél felületébe nitrogén bejuttatása, amely a felületen kemény kopásálló, korrózióálló, a kifáradással szemben ellenálló kérget hoz létre anélkül, hogy azt edzeni kellene. A darabot a kezelés megkezdése előtt a legtöbb esetben nemesítik, így a mag szívós lesz. A karbonitridálás esetében a nitrogénnel egyidejűleg karbon is diffundál a felületbe, aminek hatására a nitrideken kívül kemény karbonitridek is keletkeznek.

31. Nitridekből álló vegyületi „fehér kéreg” Nitridálás Nitridált kéreg ötvözetlen acélon Nitridált fogaskerék Marószer: Oberhoffer

32. A nitridált alkatrészek ellenőrzése • Felületi keménység mérése HV 10 vagy HV 30 (a mért értéket a kéreg vastagsága befolyásolja!) • A kéregvastagság ellenőrzése mikroszkópos méréssel

33. A hőkezelés során lejátszódó folyamatok A darab és a környezet között hőcsere van. • Megvalósulhat • hővezetéssel, • hőáramlással • hősugárzással

34. Munkadarabok hevítése és hűtése (1) Hevítés és hűlés során a munkadarab felületének és belsejének a hőmérséklete eltérő

35. Munkadarabok hevítése és hűtése (2) A felület és a mag közötti hőmérséklet különbséget befolyásoló tényezők: • A mdb és a kemence közötti hőmérséklet különbség • A hevítés sebessége • A mdb hővezető képessége • A mdb mérete • A hőátadás módja A hőmérséklet különbség belső feszültségeket, repedéseket -hevítésnél és hűtésnél- , vetemedést okozhat! A repedésveszély elkerülésére a felhevítés lehet szakaszos!

36. Munkadarabok hevítése és hőntartása (1) • A hőntartás célja: • A hőmérséklet különbségek kiegyenlítése • A fémtani folyamatok lejátszódása (pl. ausztenitesedés)

37. A hőkezelés hőmérséklete • A hőmérsékletek betartása nagyon fontos, mert a szükségtelenül magas hőmérséklet a szövet eldurvulását, fokozott elhúzódást, bizonyos esetekben repedések kialakulását eredményezi. Durva martenzit

38. A hőkezelés hőmérséklete • A túl alacsony hőmérséklet szintén káros, mert nem kapjuk meg a kívánt szövetet pl. túl alacsony edzési hőmérséklet esetén a ferrit nem tud átalakulni, az edzett szövetben a martenzit mellett nagyon lágy ferrit lesz. . Részleges ausztenitesedés

39. A munkadarab és a kemence atmoszféra kölcsönhatása • Oxidáció vasötvözeteknél: • 200-300 Co között vékony oxid hártya • 600 Co fölött vastag, rideg oxidréteg (reve) • Dekarbonizáció vasötvözeteknél: Szerszámacélok! • Az elszéntelenedés 700 Co fölött indul meg • Ehhez hasonlóan az ötvözők is kiéghetnek • Következmény: a felületi kéreg nem edződik meg, kisebb szilárdságú, a húzófeszültségek miatt repedési veszély

40. Munkadarabok hevítése és hőntartása (3) Egyéb gázok hatása az acél felületére: • A hidrogén dekarbonizál • A szénmonoxid karbonizál • A nitrogén semleges • A széndioxid, oxigén és a vízgőz oxidál • A kéndioxid 800 Co fölött intenzíven revésít

41. Munkadarabok hűtése (1) • A lehűtés az izzítási hőmérsékletről szobahőmérsékletre szabályozottan történik • A lehűtés sebességét az elérni kívánt szövetszerkezeti változás határozza meg • A lehűtési sebesség főbb formái: • Gyors hűtés (edző, rögzítő hatású) • Normál hűtés (rendszerint levegőn) • Lassú hűtés (lágyító hatású)

42. Munkadarabok hűtése (2) • Hűtőközegek: • Víz • Vizes só-, sav és lúgoldatok • Műanyag bázisú adalékkal adalékolt víz (emulzió) • Olajemulzió • Só vagy fémfürdő • Levegő • Nagynyomású gáz pl. nitrogén • A hűtési sebesség hatása a munkadarab hőmérséklet eloszlására: • Minél gyorsabb a hűtés, annál nagyobbak a hőmérséklet különbségek a felület és a mag között

43. A hűtőközeggel szemben támasztott követelmények (acél edzésekor) • A hűtési sebesség érje el a vkr-t • A hőelvonó képesség az Ms hőmérséklet felett legyen a legnagyobb • Forráspontja, párolgási hője és lobbanáspontja magas legyen • A felületről könnyen eltávolítható legyen • Tulajdonságai a használat közben ne változzanak

44. A hűtőközeg kiválasztásának szempontjai • Az ausztenitesítési hőmérsékletről 500 Co-ra való lehűtés idő igénye • A munkadarab tagoltsága, vetemedési hajlama • Az acél átalakulási tulajdonságai (vkr) • Szabály: mindig acélnak éppen megfelelő legkevésbé erőteljes hűtőközeget kell választani

45. A hűtőközegben végbemenő folyamatok Az izzó darab felületén gőzhártya képződik (a munkadarabot a közegtől elszigeteli, a hűtőhatás csökken) A felületen a gőzhártya felszakad a hűtőközeg forrni kezd. A hűtés nagyon intenzív A hőmérséklet további csökkenése miatt a gőzképződés megszűnik, már csak hőelvezetés van. Ez a hőelvonás a hűtőközeg kényszeráramlása miatt folyamatossá válik. • Olyan hűtőközegben, melynek forráspontja alacsonyabb a benne hűtött acél hőmérsékleténél,

46. Hűtőközegek: víz • A legintenzívebben hűtő közeg • Erősen hajlamos forrásra, ezért adalékokkal javítják (só, műanyag adalékok • A tiszta víz hűtőhatása 300 Co-on a legerősebb, adalékolással a maximum 5-600 Co-ra eltolható, ami edzésnél kedvezőbb

47. Emulzió • A műanyagadalék (pl. polialkilénglikol bázis szintetikus olaj stb.) az edzett darab felületén vékony bevonatot képez, amely alacsonyabb hőmérsékleten ismét oldódik. • A forrási folyamat a rá jellemző nagy lehűtési sebességgel előbb kezdődik, mint a tiszta vízben, mert a műanyag hártya a munkadarab közepéből kiáramló hőutánpótlást fékezi és ezáltal a gőzhártya képződést gátolja

48. A víz és a vizes ,műanyag oldatok hűtési sebessége különböző hőmérsékleteken Szaggatott vonal tiszta víz; folyamatos vonal: 5 ill. 15%-os műanyagoldat(emulzió) A legnagyobb hűtési sebesség kisebb, mint a víznél különösen az alacsony hőmérsékleten. Ez nagyon kedvező!

49. Az emulzió hűtés előnyei • a lágyfoltosság, vetemedés és repedés veszélye csökken • a hűtőhatás a koncentrációval változtatható • magasabb hőmérsékleten használható, mint a víz (20-45 C) • nem korrozív • nem éghető, edzéskor nem lángol, nem füstöl • megeresztés előtt a darabot nem kell lemosni • ott alkalmazható, ahol nagyobb hűtőhatás szükséges, mint ami az olajokkal elérhető

50. A műanyag bázisú koncentrátumok jellemzői • a hűtőképesség a koncentráció függvénye • mikroorganizmusokkal szemben ellenálló, öregedésálló, hosszú ideiig használható • lerakódás keletkezésére hajlamos • használat közben a koncentráció a kihordás miatt változik, ezért mérni, utánpótolni szükséges • Ötvözetlen acélokhoz 5 - 6 % gyengén ötvözöttek esetében 10 - 15 %