Transcript 3.5 Hegesztett acélok hokezelése

Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HŐKEZELÉSI TECHNOLÓGIÁK SZÁMÍTÓGÉPES TERVEZÉSE
Dr. Frigyik Gábor
egyetemi docens
Miskolci Egyetem
Mechanikai Technológiai Tanszék
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolc, 2006
1
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Hegesztés (definíció)
Ömlesztő
Sajtoló
Pontszerű hőforrást
feltételezve a T eloszlása
Ymm
T, °C
Ymm
1400
1,2
0
1400
+0,6
0
0
T, °C
Xmm
Xmm
1200
1200
-3,6
0,6
0,6
1000
1000
-6
2,4
800
800
+1,2
3,6
-12
600
600
400
400
200
200
x
-240 -220 -200 -180 -160 -140 -120 -100
-80
-60
-40
-20
0
mm
-20
-60
-40
-20
20
0
40
y 0
60 mm
b)
a)
mm
-60
x
-40
-20
O
x
800°
0
1100° 1600°
20
300°
40
250°
60
-240 -220 -200 -180 -160 -140 -120 -100 -80
c)
Miskolc, 2006
2
s
650°
500°
y
-60
-40
-20
0
20
z
mm
d)
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Hegesztési hőciklus hatása
- szövetszerkezeti változások → strukturális fesz.
- egyenlőtlen a hőmérsékletváltozása → különböző folyási határok → gátolt dilatáció és
zsugorodás → termikus feszültségek
- Kialakulhat többtengelyű húzófeszültség → repedés, vagy kedvezőtlen a fáradással, fesz
korrózióval szemben
- Heg. termék előállitásához alapvető a megfelelő felhasználói tulajdonság
- Ez hegesztés előtt, vagy utáni hőkezeléssel érhető el
- Hőkezelés célja: kívánt szemcseméret, szövetszerkezet kialakitása
- Kedvező feszültségi állapot elérése
- Ridegtöréssel szembeni ellenálás javítása
- A kötés korrózióállásának növelése
Továbbiakban visszük a tulajdonság javításának lehetőségeit.
Miskolc, 2006
3
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Ötvözetlen kis C% acél hőhatásövezete
H.H.Ö. zónáit célszerű a varratra
merőleges irányban vizsgálni.
Miskolc, 2006
4
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Hegedési övezet
T= TL – TSZ
Hegedés – vegyes krisztallitok létrejöttével
Szemcseszerkezet eldurvul
Kémiai összetétele eltér a varattól (c, s, p) és a
Diffúzió mindkét irányban
Döntően befolyásolja a kőtés minőségét
korrózió, rep. képződés, fáradás, ridegtörés
övezet szélessége függ a ΔT= TL – TSZ tól → 0,1 – 0,4mm
Túlhevített övezet
- Tsz - 1100°C
- Lesz α → γ → α átalakulás
- Eldurvul az ausztenit szemcseszerkezete
- φ a T-tel exponenciálisan nő
- szövetszerkezet lehűlés után függ a %-tól és a v-től
- Beedződhet!
- Olyan hegesztési hőciklus kell, ahol a legkeskenyebb ez a zóna.
Miskolc, 2006
5
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Normalizálás övezete
- 1100 – A3 között
- Homogén, finomszemcsés ausztenit képződik
- Lehűlés levegőn → finom szemcsés F + P
- Ez megfelel a normalizálás hőkezelésnek
- Mechanikai tulajdonsága jobb, mint a melegen hengerelté.
Részben átkristályosodott övezet
- A3 – A1 között
- Mechanikai tulajdonság eltérő (Jobb, rosszabb)
Újrakristályosodási övezet
- A1 - 500°C között
- Csak, ha előtte hidegen alakitották az acélt
- Szemcsedurvulás, ha λ= 8 – 10 % volt
- Lehet kiválásos keményedés, ha C > 0,3 %
- Gyors hűlés esetén martenzite öregedés veszélye (C,N)
- Ez nincs döntő hatással a kötésre
Miskolc, 2006
6
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Kéktörékenységi övezet
- 500 - 100°C között
- Ridegedni fog, ha 0 > 0,05%, N > 0,005%, H > 0,0005%
- Csökken a fajlagos ütőmunka
- A varrat 20-40mm-re van → nem kritikus
Ez előbbiekkel – egyrétegű varratra vonatkoznak
Többrétegű varratnál → előzőek hőkezelődnek → normalizálás, szemcsefinomodás
Ennek ellenére csak akkor hőkezelik ezeket az acélokat, ha az a cél:
- a maradó feszültség csökkentése
- a szemcsefinomítás,
- újrakristályosítás, vagy
- a megmunkálhatóság
Miskolc, 2006
7
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Alkalmazott hőkezelések
- normalizálás
- feszültségcsökkentő hőkezelés
Ezek modellezését láttuk korábban
Normalizálás főleg egyrétegű varratoknál
- A db egészét kell hőkezelni
- Változik a varrat és az a.a. szemcsemérete
- Helyi melegítés nem jó → hűlés után a kötés környezetében huzófeszültség marad
vissza.
Feszültségcsökkentés
- nem változik a szövetszerkezet
- végezhető helyileg is
- nem szükséges hosszú idő
- meggondolandó a hűtés sebessége
- e hőkezelés különösen fontos a lúgos közegben üzemelő hidegszívós acéloknál
(TTSt35)
Miskolc, 2006
8
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Ötvözetlen vagy kissé ötvözött közepes karbon tartalmú acélok
Hegesztés során jelentős lehet a hidrogén és a martenzit ridegítő hatása.
A hidrogén szobahőmérsékleten is diffúzió képes. A szemcsehatárokon, kristályhibákon
kiválik és ott molekulát alkotva a környezetét feszítve rídegitő hatást fejt ki.
A martenzitképződés veszélye a tartalom növekedtével fokozódik. Ez csökkenthető, ha
előmelegitést alkalmazunk, ugyanis így csökken a hűlési sebesség és a martenzit mellett,
megjelennek más bomlási termékek.
Miskolc, 2006
9
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Az előmelegitési hőmérséklet meghatározása
Az acél C tartalmát, ötvözőit, valamint a hegesztett termék vastagságát (merevségét)
szokták figyelembe venni.
Az acél kisérő elemeinek hatását a karbonéhoz hasonlitják és együttes hatásukat u.n.
karbonegyenértékkel fejezik ki.
A karbonegyenérték számitására számos módszer ismeretes. Az MSZ és számos más
európai ország szabványa az ötvözetlen és gyengén ötvözött acélokra a következő
karbonegyenérték számitását írja elő:
Mn Cr  Mo  V Ni  Cu
Ce  C 


6
5
15
Ce éppúgy, mint a többi elem értéke tömegszázalékban értendő
Miskolc, 2006
10
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Miskolc, 2006
11
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Melegszilárd acélok
Ezek Cr, Mo, V ötvözöttek (1-2%-ban)
Jellemzőjük:
- Cr ötvözés csökkenti az eutektoidos összetételt
- Cr ötvözés jelentősen növeli az Ac hőmérsékletet
- Krómkarbid keletkezik, így homogén A csak magasabb hőmérsékleten is hosszabb idő
után keletkezik.
- C% kicsi → magas az MS= 400-500°C
- Mo növeli a 1/10000, és a megeresztésállóságot
- Ötvőzők az inkubációs időt jelentősen növelik
- H hatására elridegednek
Ezek alapján: előmelegités általában meggondolandó
Miskolc, 2006
12
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Ötvözetlen és Mn-nal, Mo-nel gyengénötvözött acélok
Ezek TÜ = 450°C
Jellemző összetétel: C< 0,1%
Cr< 0,3%
Mn< 1,6%
Mo< 0,4%
nem kell előmelegiteni
C-görbe alapján hegesztéskor, ha a varrat 20s alatt nem hűl le 500°C alá → Ferrit kiválás
- Kis tömegű alkatrésznél: meg kell akadályozni a túlhevítést
- s > 15 mm vastagságnál célszerű a feszültségcsökkentő hőkezelést alkalmazni.
Miskolc, 2006
13
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Cr-mal, Mo-nel ötvözött acélok
Hegesztés után mindig kell hőkezelni
C= 0,1- 0,25%
Mo= 0,2 – 1,0%
Cr= 0,3 – 2,5%
V= 0,6 – 1,0%
Hegesztés után 500°C-ig 30 – 60 s alatt hűljön le a varrat.
Olyan előmelegités kell, ami ezt biztositja a szövetszerkezet: 10% M + 90% B
Hegesztés után 0,5 óra hőkiegyenlitést javasolnak.
Miskolc, 2006
14
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Hegesztés utáni hőkezelések
– Normalizálás
– Teljes lágyítás
– Nemesítés
– Egyszerű lágyítás
Miskolc, 2006
15
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Ferrites krómacélok
Ezen acélok: Cr=12 – 18%
Miskolc, 2006
16
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Hegesztésnél gond:
Nincs átkristályosodás
lehűléskor nincs szemcsefinomodás
T> 1150°C fölött szemcsedurvulás
- Kis hőbevitellel kell hegeszteni, így:
- keskeny lesz a durvaszemcsés hőhatásövezeti zóna
- nem számottevő a maradó feszültség
Ha C> 0,01%- tágul az ausztenitmező
Ferrit mellett megjelenik az ausztenit – lehűlés után martenzit
A martenzit és a szemcsedurvulás ridegítő hatása miatt:
Előmelegités kell: T=200 - 300°C-on
Hegesztés után lassan kell hűteni
T= 100 - 150°C-on
t= 0,5 – 1 óra hőkiegyenlités
Innen megeresztés T= 700 - 750°C-on
Miskolc, 2006
17
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Ausztenites krómnikkel acélok
C= 0,02 – 0,1%
Lassú hűtés esetén a szövetszerkezet
heterogén
Hegesztéskor probléma:
melegrepedékenység – korrózióállóság
oka: alacsony olvadáspontú eutektikumok
- Fe – FeS Tolv= 988°C
- Ni – NiS
Tolv= 630°C
- Fe - Fe2 Si Tolv= 1212°C
Miskolc, 2006
18
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Hegesztett kötés hőhatásövezete
1. Varrat
- öntött, heterogén szövetszerkezet, összetétel
Károsodás jellege
- Korrózió
- Melegrepedés
- Mech. Tulajdonság
- Primér γ , δ, Me (N, C)
- Varrathibák
Miskolc, 2006
19
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
2. Részleges megolvadt zóna
- Ugrásszerűen változik az összetétel
T > 1400°C
- T= 400 - 800°C hőmérséklet hatására kiválások képződnek
- Korrózió veszély
3. Túlhevített zóna
- T= 1150 - 1400°C
- oldódnak a Me( C, N)
- T= 400 -800°C további kiválások
- szemcsedurvulás
- korrózió és ridegedés veszély!
Miskolc, 2006
20
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
4. Oldó izzítás zónája
- T= 1000 - 1150°C
- Me23C6 és a σ oldódik
- δ→γ átkristályosodás
- újrakristályosódás (szemcsedurvulás)
- lágyulás
- ridegedési veszély
5. Stabilizáló izzítás zónája
- T= 850 – 1000
- Me ( C, N) stabilizálódik
- összetételbeni különbség kiegyenlitődése diffúzióval
- hidegalakitási α’ martenzit átalakulása, kilágyulás
- nem szokott károsodni
Miskolc, 2006
21
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
6. Megeresztési zóna
- T= 400 - 850°C
- szekunder kiválások
- Megjelelnik: Me23 C6, Me(C, N) G
- δ ferrit átalakul γ - vá
- Korrózió és ridegedés veszélye!
7. Alapanyag
- alakitott, ausztenites lehűtött
- finomszemcsés,
- homogén szövetszerkezet
Javasolt hőkezelés: ausztenites lehűlés : T=1050 - 1100°C-ról
De: TÜ < 500 - 650°C és nincs aktív korróziós közeg.
Miskolc, 2006
22
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
HEGESZTETT ACÉLOK HŐKEZELÉSE
Erősen ötvözött szerszámacélok
Miskolc, 2006
23
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012
Miskolci Egyetem
Hőkezelési technológiák számítógépes tervezése
KÖSZÖNÖM
A
FIGYELMET!
Miskolc, 2006
24
HEFOP - 3.3.1 - 2004 - 06 - 0012