NYGUDOMÁNY ÉS ECHNOLÓGI NSZÉK nyagechnológia (Hegeszés, hőkezelés) Hőkezelési eljárások Dr. Paloás Béla - dr. Némeh Árpád paloasb@eik.bme.hu hőkezelés célja szöveszerkeze válozaásával a kíván mechanikai- és egyéb, pl. korróziós ulajdonságok bizosíása legöbb hőkezelési eljárásnál a kémiai összeéel szándékosan nem válozajuk meg (kivéel ermészeesen a ermokémiai kezelések) Hőkezelési eljárások 2 ipikus hőkezelési ciklus hőnarás, hőnarás hevíés megereszés megereszés hőkiegyenlíés Hűőközeg Felülei edzés 160 200 C megereszés Hőkezelési eljárások 3 Minden fém hőkezelheő, az acélok (C = 0 2,1%) különösen alkalmasak arra, hogy ulajdonságaika hőkezeléssel befolyásoljuk lloróp áalakulás γ (f.k.k.) α (.k.k.) érrács válozás alapján Fémek hőkezelése célok egyensúlyi és nem egyensúlyi áalakulása Egyensúlyi áalakulások lásd Fe - C állapoábra Nem egyensúlyi áalakulások: izoermikus és folyamaos áalakulási diagramok Korláol oldás van (főleg nem vasfémek) Hőkezelési eljárások 4
Egyensúlyi állapoábra célok hőkezelésének alapjai = c3 γ c%<0,8 γ c%>0,8 = cm c 1 Hipoeuekoidos c 3 cm Euekoidos, perlies Hipereuekoidos Perli + sec. cemeni α Egyensúlyi áalakulások = 1 γ c%=0,8 perli (α+cem.) Sec. cemeni Nem egyensúlyi áalakulások Izoermikus áalakulások C görbék Áalakulások folyamaos lehűlésnél ferri + perlies α+perli + erc. cemeni perli (α+cem.) p+sec.cem. = szoba Hőkezelési eljárások 5 Hőkezelési eljárások 6 Nem egyensúlyi áalakulások c1 = c3 Diffúziós áalakulások, C Perlies Euekoidos acélra lloróp áalakulás Áalakulás kezdee Eredő, C - görbe Vége Bénies M k Diffúzió Marenzies áalakulás log k Csíraképződéssel járó áalakulások: r = Hőkezelési eljárások 7 Hőmérsékle o C Perlies acél (C = 0,8 %) izoermikus áalakulása M k P c 1 =c 3 =727 C B Bain és Davenpor perli finom perli béni, sec Hőkezelési eljárások 8
Perlies áalakulás z áalakulás cemeni- majd ferri kiválásával jászódik le, ké fázis (Fe 3 C + α vas ) réeges elegye jön lére perli Nagy úlhűés, részleges diffúziós mozgás, nagy krisályosodási sebesség Bénies áalakulás Béni: jó szilárdság és kisebb szívósság cemeni ferri Hőkezelési eljárások 9 Hőkezelési eljárások 10 Marenzies áalakulás Felhevíés > 3 auszenies állapoba v Lehűés v kriikus Kis elmozdulások Hangsebességű áalakulás Diffúzió és krisálycsíra nélküli áalakulás = M k - Marenzies szöve M k < <M v űs, léces mikroszerkeze = M v + marenzi szilárdsága, keménysége nagy, alakválozó képessége, üőmunkája gyakorlailag 0! Plae (lemezes) marenzi Hőkezelési eljárások 11 Hőkezelési eljárások 12
C 45 - jelű acél (C = 0,45 %) izoermikus áalakulása Hiperueekoidos, 1 % C aralmú acél izoermikus áalakulása Hőmérsékle o C F P B M sec min Ferri+perli Béni óra auszeni F proeuekoidos ferri, P perli, B béni, M marenzi O HRC keménység % az áalakulás méréke Hőmérsékle o C M k P C Proeuekoidos cemeni HV B log (idő), s Hőkezelési eljárások 13 Hőkezelési eljárások 14 Folyamaos lehűések, a hűőközegek hűőhaásai C 45 - jelű acél (C = 0,45 %) folyamaos áalakulása Hőmérsékle C c 3 v = f(d) D Kemence Meleg olaj d Levegő Víz Olaj v log(idő) Hőkezelési eljárások 15 Hőmérsékle o C M v M k M edzés V kriikus felső, alsó F B P Norm.. F+P+M+ lágyíás F+P auszeni F ferri, P perli, B béni, M marenzi O HV keménység % az áalakulás méréke Hőkezelési eljárások 16
z edzheőség feléele C105 -jelű (hipereuekoidos acél C = 1 %) folyamaos áalakulása v krif 0,22 % v víz v olaj Nemesíheő acélok C, % Hőmérsékle o C z övözők haására csökken a v kri HV nő! Idő, s Hőkezelési eljárások 17 Hőkezelési eljárások 18 C 15 - ös (C = 0,15 % acél hipoeuekoidos) acél folyamaos áalakulása Áalakulási diagramok használaa Izoermikus diagram, homogén szöveszerkeze előállíása eseén Paenírozás Folyamaos áalakulási diagramok Lágyíás Normalizálás Edzés z áalakulási diagramra helyezzük a lehűlési görbé Hőkezelési eljárások 19 Hőkezelési eljárások 20
hűési sebesség a méreeől függ CC diagramon ellenőrizni udjuk a kialakuló szöveszerkezee D = 28 mm D = 95 mm Hőkezelési eljárások 21 Levegő hűés berajzolva, 28mm Hőkezelési eljárások 22 Hőkezelési eljárások Lágyíás Normalizálás (hűés levegőn) Edzés Megereszés Nemesíés = edzés + megereszés Paenírozás = izoermikus hőkezelés Feszülségcsökkenő hőkezelés Felülei hőkezelések Hőkezelési eljárások 23 karbonaralom haása a keménységre és a szívósságra Marenzi szívósság Marenzi (edzés) HV, HRC R m Normalizálás Lágyíás Hőkezelési eljárások 24
Lágyíás uszenies állapoból kemencével együ lehűés Normál lágyíás Homogenizáló lágyíás lágyíási Gömbszemcsésíő lágyíás Lágyíási hőmérsékle arományok 727 o C Homogenizáló lágyíás Normál lágyíás Gömbszemcsésíő lágyíás Hőkezelési eljárások 25 Hőkezelési eljárások 26 Normalizálás uszenies állapoból hűés: nyugvó, 20 ºC - os levegőn Cél: Un. normál állapo elérése Legöbb acélnál ez a szállíási állapo lágyíási Hőkezelési eljárások 27 Edzés Edzés célja, marenzies, eseleg bénies szöveszerkeze lérehozása (álalában a keménység-, szilárdság növelése céljából) gyakorlaban a marenzi ulajdonságainak, valamin a kriikus lehűlési sebesség bizosíása mia az edzheő övözelen acélok karbonaralma legalább 0,22 % marenzi kemény, rideg szöveszerkeze - ezér megereszéssel a marenzie elbonjuk, gömbszemcsés perli (szferoidi) kelekezik. NEMESÍÉS = Edzés + Megereszés jó szilárdsági és szívóssági ulajdonságoka bizosí. Hőkezelési eljárások 28
z edzés válozaai Edzés Lépcsős edzés Mélyhűéses edzés Edzés edzési v le v kri 727 ºC c3 cm c1 M k M edzés v kriikus felső Hőkezelési eljárások 29 Hőkezelési eljárások 30 Mag Külső rész Lépcsős edzés Bénies ermáledzés Célja: z edzési feszülségek csökkenése ill. a homogén marenzi bizosíása eljes kereszmeszeben mag és a felüle hőmérsékle kiegyenlíése csak bénies állapoban örénik meg. Hőkezelési eljárások 31 M k M v M Mélyhűéses edzés Célja: maradék auszeni mennyiségének csökkenése, a db. méreviszonyának sabilizálására hűés a marenzi vége hőmérsékle alá kell egy kicsivel hűeni Hőkezelési eljárások 32
Nemesíés = Edzés + megereszés megereszés haása 3 1 500 650 ºC Edzés Megereszés, ºC Szilárdság, keménység szívósság R m =állandó R p0,2 R p0,2 / R m = 0,8 0,9 Szferoidi megereszés Marenzi 500 ºC 650 ºC Hőkezelési eljárások 33 Hőkezelési eljárások 34, ºC Marenzi Megereszésnél lejászódó jelenségek α + maradék auszeni Kb. 0,3 % C ar. marenzi 100 200 ºC ε karbid (Fe 2,3 C) + α + ε.k. + m.a. α + m.a. α + cemeni 300 500 ºC KV Szferoidi R m = állandó Szemcsedurvulás megereszés Hőkezelési eljárások 35 Megereszési ridegedés Mn, Cr, Cr Ni övözésű acélokban: R m Gyors hűés KV Lassú hűés 500 550 C meg Elkerülés: Gyors hűéssel, vagy Mo, illeve W övözéssel Hőkezelési eljárások 36
Szferoidi és a szemcsés perli Marenziből megereszéssel Lemezes perliből szferoidizálással Hőkezelési eljárások 37 Paenírozás Perli Béni Cél: Képlékeny alakíásnál a homogén szöveszerkeze elérése, így azonos mérékben alakválozik a darab. Hőkezelési eljárások 38 Feszülség csökkenő hőkezelés Feszülségcsökkenő hőkezelés < 720 ºC Minimális hőmérsékle: 520 ºC Övözö acéloknál magasabb hőmérséklere van szükség Hőkezelési eljárások 39 Hőkezelési eljárások 40
Hollomonn paraméer 3 ( 20 + lg ) 10 Rm +40 H p = + Hollomon paraméer éréke 14 21 ha a hőmérséklee ( ) K - ben, az idő ( ) h ban helyeesíjük. falvasagság és övöző aralom növelésével H p nő. 0-15 16 17 18 19 Hőkezelési eljárások 41 Re Hp +30 +20 +10 KV, ºC 15 16 17 18 19 Mn < 1 % eseén kisebb Hollomonn paraméer kedvezőbb a mechanikai ulajdonságok szemponjából. Hp feszülségcsökkenés paraméerei z idő korrekció kell alkalmazni: c = 2,3K 20 lg K = + + c c1 ( ) c2 I K a hevíési illeve lehűlési sebesség K/h - ban. c1 a hevíési, c2 a hűési korrekció, c a korrigál hőnarási idő h - ban. hevíési sebesség éréke: max. 220 ºC/h (illeve 5600/s i s-, a falvasagságo mm-ben kell helyeesíeni). kisebb éréke kell alkalmazni. hűési sebesség éréke max. 275 ºC/h (illeve 7000/s i s-, a falvasagságo mm-ben kell helyeesíeni). kisebb éréke kell alkalmazni. Hőkezelési eljárások 42 Ellenőrzés hőkezelés repedés érzékenységre P = Cr + Cu + 2Mo + 10V + 7Nb + 5i 2 z acél összeéelére ipikus hőkezelési repedés: jellemző alkoóka % - ban kell helyeesíeni. z acél érzékeny a repedésre, ha P > 0 és Cr < 1,5 % (P < 0 és Cr 1,5 % eseén az acél nem érzékeny). Hőkezelési eljárások 43 Felülei hőkezelések Cél: Kopásálló réeg Szívós mag lérehozása Felülei hőkezelések Felülei edzések Lángedzés Nagyfrekvenciás edzés Máró edzés ermokémiai kezelés Niridálás Boridálás Cemenálás Fémbevonaok készíése Hőkezelési eljárások 44
liálás Fémbevonaok készíése Hőállóság növelése, 0,3 0,8 mm nagy l aralmú kéreg (850 1100 ºC 6-8 h) Kromálás (keménykrómozás) Hő- és korrózióálló, kopásálló 0,1 0,3 mm (1000 1050 ºC 10 20 h) Szilikálás Hő- és savállóság, 0,5 1 mm kéreg ( 1100 1200 ºC 4 10 h) Boridálás Jelenős felülei keménység (HV > 1200) Jó sav- és hőállóság is Hőkezelési eljárások 45 z edzés feléele uszeniesíés Felülei edzések Kéregben auszeniesíés 3 Kriikus lehűési sebességnél 160 250 ºC gyorsabb hűés Megvalósíhaó Csak kéregben auszeniesíés és hűés kriikus sebességnél gyorsabban (vízben) réeg ridegségé csökkenik eljes kereszmeszeben auszeniesíés kéregben hűés a kriikusnál gyorsabban Hőkezelési eljárások 46 eljes hőkezelési ciklus Lángedzés 1. 3 Felülei edzés 160 250 ºC Edzés Megereszés Kis hőmérsékleű megereszés nemesíés bizosíja a szívós mago, a felülei edzés bizosíja kopásállóságo a felüleen Hőkezelési eljárások 47 Hőkezelési eljárások 48
Lángedzés 2. Hőkezelési eljárások 49 Nagyfrekvenciás edzés elve daraboka a mágneses hiszerézis veszeség és az örvényáram hevíi fel C 0,45% (O pon konc.) Áramsűrűség a darabban x mélységben: x δ I x = I 0 e Kéregvasagság: δ = f (f, erg. sűr., ) Frekvencia nő vékonyabb kéreg δ = 503 I 100 % 36,8 % ρ µ f ρ : Fajlagos ellenállás µ : Mágneses permeabiliás f : Frekvencia Hőkezelési eljárások 50 I 0 δ x Nagyfrekvenciás edzés Hőkezelési eljárások 51 Niridálás HV nirid >HV marenzi Korrózióállóság nő Kifáradási haár nő Gázközegben Folyadékban Karboniridálás Cemenálás Szilárd közegben Folyadékban ermokémiai kezelések 3 3 Nemesíés Cemenálás 500. 580 ºC Niridálás Kéreg edzés 160 250 ºC Nirocemenálás Magra - Kis hőmérsékleű Gázközegben megereszés Hőkezelési eljárások 52
Niridálás Gázközegben Folyékony közegben Ion - niridálás Gázközegben NH 3 3H + N Niridképző övözőkkel keményebb kéreg hozhaó lére: l, i, V, Mo, Cr, W l adja a legkeményebb niride Niridálás Niridek magas hőmérsékleig (1200 ºC ig) sabilak Méreponos alkarészek készíheők ( nincs allorop áalakulás ) Hőkezelési eljárások 53 niridálás ovábbi válozaai gázközegű niridálás hosszú ideig ar: 0,01 mm kéreg : 1 h Folyékony közegű niridálás (cianidálás) Ion niridálás Gázközegben, igen gyors a niridálás az elekromos Karboniridálás áramnak köszönheően (lágyniridálás) 0,1 mm 1 h N, C N C Munkadarab N - H + Kemence fal + - = 500 600 ºC Hőkezelési eljárások 54 Kis C aralmú acéloknál: Cemenálás Szilárd közegben Faszén + csonszén + BaCO 3 gyorsíó 2C + O 2CO CO + C 3 2 BaCO + C BaO + 2 CO 2 CO CO + C BaO + CO BaCO 2 2 omos C lérehozása omos C a felüleen megapad Bediffundál a felülebe 3 2 Q R x = 2D D = D0 e Hőkezelési eljárások 55 3 850 950 ºC Cemenálás 0,1 mm kéreg 1 h Kb. 0,7 0,8 % C a kéregben Folyékony közegű cemenálás Sófürdőben ( cián sóka aralmaz a fürdő, pl. náriumcianid NaCN) Nirogén is bediffundál a felülelebe Nirocemenálás 850 870 ºC on 30 min ala 0,2 0,25 mm N, C Hőkezelési eljárások 56 N C 850 950 ºC 940 ºC on 30 min ala 0,45 mm kéreg (i azonban erős a só párolgása mérgező a cián)
Gázközegű cemenálás Gázközegű cemenálás jellemzői ömeggyárásban Jól szabályozhaó, auomaizálhaó Nagy a cemenálás sebessége Endoma gáz + szeníő gáz CH 4 + Hordozó gáz C poenciál = 0,6 % Száraz gáz, % 30 20 10 Endo gáz CO H2 1 % Carbon poenciál Exo CO2 7 12 16 20 C, % Iner 23 Szabad oxigén + N2 Levegő / propán Nm 3 / Nm 3 CH4 CO δ δ = 930 950 ºC nő Finomszemcsés anyagoknál: 1000 1050 ºC C, % Áramlási sebesség nő gázközegű cemenálásnak legkisebb az idő szükséglee δ Hőkezelési eljárások 57 Hőkezelési eljárások 58 Nemesíheő acélok hőkezelése Niridálhaó acélok hőkezelése 3 3 + 20 50 ºC Felülei edzés 3 3 + 20 50 ºC 500 650 ºC 160 250 ºC Edzés Megereszés Kis hőmérsékleű 500 650 ºC megereszés C22E, C22R, C25_, C30_, C35_, C40_, C45_, C50_, C55_, C60_, 28Mn 6, 38Cr 2, 38CrS 2, 46Cr 2, 46CrS 2, 34Cr 4, 34CrS 4, 37Cr 4, 37CrS 4, 41Cr 4, 41CrS 4, 25CrMo 4, 25CrMoS 4, 34CrMo 4, 34CrMS 4, 42CrMo 4, 42CrMoS4, 500. 580 ºC Nemesíés Niridálás 24CrMo 13-6, 31CrMo 12, 32CrlMo 7-10, 31CrMoV 9, 32CrMoV 12-9, 34CrlMo 7-10, 41CrlMo 7-10, 40CrMoV 13-9, 34CrlMo 5-10 50CrMo 4, 36CrNiMo 4, 34CrNiMo 6, 30CrNiMO 8, 36NiCrMo 16, 51CrV 4 Hőkezelési eljárások 59 Hőkezelési eljárások 60
3 Cemenálás Beében edzheő acélok hőkezelése 850 950 ºC Kéreg edzés 160 250 ºC Magra - Kis hőmérsékleű megereszés C10, C10E, C10R, C15_, C16_, 17Cr 3, 17CrS 3, 28Cr 4, 28CrS 4, 16MnCr 5, 16MnCrS 5, 16MnCrB 5, 20MnCr 5, 20MnCrS 5, 18CrMo 4, 18CrMoS 4, 22CrMoS 3-5, 20MoCr 4, 20MoCrS 4, 16NiCr 4, 16NiCrS 4, 10NiCr 5-4, 18NiCr 5-4, 17CrNi 6-6, 15NiCr 13, 20NiCrMo 2-2, 20NiCrMoS 2-2, 17NiCrMo 6-4, 17NiCrMoS 6-4, 20NiCrMoS 6-4, 18CrNiMo 7-6, 14NiCrMo 13-14 Hőkezelési eljárások 61 Szerszámacélok hőkezelése C45, C45U, C70_, C80, C90, Hidegalakíó szerszámacélok: C105, C120 105V, 50WCrV8, 60WCrV8 (Kis forgácsolási sebességű 102Cr6 szerszámok pl. kéziszerszámok, 21MnCr5, 70MnMoCr8, 90MnCrV8, készülnek ezekből az acélokból) 95MnWCr5 X100CrMoV5, X153 CrMoV12, X210Cr 12, 3, cm X210CrW12 35CrMo7, 40CrMnNiMo 8 6 4, 500 550 ºC 45NiCrMo16 X40Cr14, X38CrMo16 160 250 ºC Mech. ul. 2 x hőkezelés hőmérséklee és a megereszés hőmérséklee az övözésől függ. Hőkezelési eljárások 62 HV KV 1 x meg Melegalakíó szerszámacélok Gyorsacélok hőkezelése 55NiCrMoV 7, 32CrMov 12-28 X37CrMoV 5 1, X38 CrMoV 5 3, X40 CrMoV 5-1 50CrMoV 13-15 X30 WCrV 9 3, X35 CrWMoV 5 38CrCoWV 18-17 -17 500 550 ºC Mech. ul. HV 3 500 550 ºC 2 x 1 KV meg HS 0-4-1 (W-Mo-V-Co) HS 1-4-2 HS 18-0-1, HS 2-9-2, HS 1-8-1, HS 3-3-2 HS 6-5-2, HS 6-5-2C, HS 6-5-3, HS 6-6-2, HS 6-5-2-5, HS 6-5-3-8 HS 6-5-4, HS 10-4-3-10 1200 1290 ºC 3 HS 2-9-1-8 ~ 400 ºC ~ 600 ºC ~ 550 ºC 3 x - 70-80 ºC Hőkezelési eljárások 63 Hőkezelési eljárások 64
Kiválásosan keményíheő övözeek α α + s. β Euekikum (E) α + s. β + E n B m β + s. α B Hőkezelési eljárások 65 β E + β + s. α lumínium övözeek hőkezelése Homogenizálás Edzés kri Meserséges öregíés 120-180 C ermészees öregíés 20 40 C l Cu, l Mg Si, l Zn Mg övözeek Hőkezelési eljárások 66