Hőkezelés minőségbiztosítása. Hőkezelő berendezések Dr. Fábián Enikő Réka

Hőkezelés- 2016/2017 ősz Hőkezelés minőségbiztosítása. Hőkezelő berendezések Dr. Fábián Enikő Réka fabianr@eik.bme.hu

FOGALMAK Hőkezelés: olyan műveletek sorozata, amelyek során a szilárd vasötvözet teljes egészében vagy részlegesen olyan termikus folyamat hatásának van kitéve, amelynek hatására létrejön a tulajdonságaiban és/vagy szerkezetében szükséges változás. Az adott kezelendő termék vegyi összetétele ezen műveletek során esetleg megváltozhat ez a termokémiai hőkezelés

kiegyenlítő, lágyító, keménységnövelő, Fajtái szívósságot növelő (pl. nemesítés=edzés+ magas hőmérsékleten megeresztés), Kéregötvöző,

Acél: Olyan ötvözet, amelynek alapanyaga a vas és karbon tartalma max. 2% - a C felső határát módosíthatják a nagyobb mennyiségben jelen levő nagy mennyiségű karbidképző elemek Ausztenitesítési hőmérséklet: Az a legnagyobb hőmérséklet, amelyen ausztenitesítéskor a vasötvözetet hőn tartják.

Ausztenitesítés: olyan művelet, amelynek során a terméket felmelegítik olyan hőmérsékletre, amelyen az alapszövet ausztenites lesz a ferrit átalakulása nem fejeződik be, akkor az ausztenitesítést részlegesnek nevezik.

Cementálás: termokémiai kezelés vasötvözet felületi rétegének karbonnal való dúsítására ausztenites állapotban ezt az edzés követi, Edzés: ausztenitesítés, majd olyan sebességgel végzett hűtés, hogy az ausztenit többé-kevésbé teljes egészében martenzitté, esetleg bénitté alakuljon át és ennek hatására a keménység növekedjék.

Edzési hőmérséklet: az a hőmérséklet, amelyről a munkadarabot edzéskor hűtik, Edzhetőség: valamely acélnak az a tulajdonsága, HOGY MARTENZITES ÉS/Vagy bénites átalakulásra alkalmas,

Edződési mélység: valamely vasötvözet felülete és azon határ közötti távolság, amelyet az edzés behatolása jellemez. Egyenértékű átmérő: azonos minőségű acélból való (legalább 3d hosszúságú d átmérőjű) henger, amelynek közepén a lehűtési sebesség megfelel annak a lehűtési sebességnek, amelyet azonos hűtési feltételek között a hűtött munkadarabban mérnek.

Előmelegítés: az a művelet, amelynek során valamely vasötvözet hőmérsékletét a kiinduló és a legnagyobb hőmérséklet között efgy vagy több közbenső hőmérsékletre növelik és bizonyos ideig azon tartják, Hevítés: a munkadarab hőmérsékletének növelése,

Felhevítés: oxidáló közegben olyan hőmérsékleten végzett művelet, amelyen a vasötvözet csiszolt felületén vékony, folytonos, jól tapadó, sötét színű oxidréteg jelenik meg, Hevítési idő: a hevítési folyamat két meghatározó hőmérsékletét elválasztó időintervallum,

Hevítési sebesség: a hőmérséklet változását jellemzi a hevítés során eltelt idő függvényében két fogalom van: - az adott hőmérsékletnek megfelelő pillanatnyi sebesség, - az adott hőmérséklet-tartományban meghatározott átlagsebesség,

Hőkezelési ciklus: a hőkezelés során a hőmérséklet változása az idő függvényében, Feszültségcsökkentő izzítás: a munkadarab izzítása megfelelő nagy hőmérsékleten, majd lassú hűtés a maradó feszültségek csökkentésének céljából anélkül, hogy a szövetszerkezet és az anyag tulajdonságai jelentősen megváltoznának,

Feszültségcsökkentő megeresztés: a teljesen vagy részlegesen martenzites szerkezetű termék megeresztése általában 200 ⁰ C nál kisebb hőmérsékleten a maradó feszültségek csökkentésére a karbidkiválás kezdetével az anyag keménységének jelentős csökkentése nélkül,

Hőkezelési repedés: a hevítés vagy a hűtés hatására közvetlenül vagy később bizonyos acélokban jelentkező repedés, Hűtés: az acél hőmérsékletének csökkentése ez a művelet egy vagy fázisban is végezhető,

Hűtési időtartam: az az időtartam, amely a lehűlési függvény két karakterisztikus hőmérsékletét elválasztja ezeket a hőmérsékleteket mindig pontosan meg kell határozni, Hűtési mód: azon körülmények összessége, amelyek között a vasötvözet hűtése végbemegy, a hűtőközeg jellemzői és hőmérséklete, relatív mozgások, keverés, stb.,

Kiválásos keményedés: valamely vasötvözet olyan keményedése, amelyet a túltelített szilárdoldat egy vagy több komponensének a kiválása idéz elő, Kiválásos keményítés: oldókezelésből és ezt követő öregítő kezelésből álló hőkezelés,

Kritikus hűtési görbe: olyan hűtési görbe, amely még a megadott átalakulás teljes lefolytatását biztosítja, ennél lassúbb hűtés ezt már nem teljesíti, Kritikus hűtési sebesség: a kritikus lehűtési függvénynek megfelelő hűtési sebesség, Lehűtési függvény: a vizsgált vasötvözet valamely pontjában a hőmérséklet változása az idő függvényében, a lehűlés kezdetétől a művelet végéig,

Megeresztés: edzett vagy más módon hőkezelt acél felmelegítése az A c1 nél kisebb hőmérsékletre, majd hőntartása és azt követő célszerű hűtése megfelelő (előírt() tulajdonság elérése céljából, Megeresztési ridegség: bizonyos edzett és megeresztett (nemesített) acélokban adott hőmérsékleten való hőntartás és lassú lehűtés során bekövetkező ridegedés.

Művelet: a hőkezelési cikluson belül végrehajtandó elemi tevékenységek, Öregítés: vasötvözetek olyan hőkezelése, amely után alkalmazott oldóizzítás célja a tulajdonságoknak a szükséges szintre való beállítása,

Öregedés: az a jelenség, amely vasötvözetek esetében a tulajdonságok módosulását eredményezi annak következtében, hogy szobahőmérsékleten vagy ahhoz közeli hőmérsékleteken a beékelődött, intersticiós elemek elvándorlása jelentkezhet,

Temperálás: hőkezelés, amelynek célja a fehérnyersvas szerkezetének átalakítása tempervassá a cementit dekarbonizációja vagy grafitosodása során, Termokémiai kezelés: adott közegben végzett hőkezelés az alapfém felülete vegyi összetételének megváltoztatására,

Termomechanikai kezelés: olyan alakítási művelet, amelynek során a végső képlékeny alakítás meghatározott hőmérséklettartományon belül történik, aminek eredménye olyan anyagszerkezeti és anyagjellemzők, amelyek egyszerű hőkezeléssel nem valósíthatók vagy nem őrizhető meg. Vetemedés: valamely munkadarab hőkezelés során bekövetkező alak-; és méretváltozása.

Technológia

Hőkezelő kemencék A hőkezelő kemencék az elérhető hőmérséklet, a hevítőtér nagysága és atmoszférája tekintetében is különböznek, de főként konstrukciós kialakításuk szerint csoportosíthatók Elsősorban a különböző acélok és egyéb fémek hőkezelő technológiájához készülnek szakaszos üzemű (kamrás, kocsifenekű, harang, tokos-, sugárzócsöves-, aknás-, harang-, tégelykemencék vagy egyéb különleges szerkezeti kialakítással) folyamatos üzemű (alagút-, szállítószalagos-, mozgófenekű-, gurító-, toló-) kemencék.

Hőkezelő kemencék A hőkezelés atmoszférikus, védőgázos vagy vákuumos tűztérrel is történhet. HK-24/1200 C Hőker kft. K típusú kamrás kemence Laboratóriumi tokos kemence, LMH típus

Kamrás hőkezelő kemence

Kocsis hőkezelő kemencék Földgáztüzelésű, kocsis izzítókemence, HÁMOR Zrt. (Miskolc) Földgáztüzelésű, kocsis hőkezelő kemence Csepeli Hőkezelő Kft. (Budapest),

Kocsis fenekű hőkezelő kemencék Megnevezés: Adagszélesség max: Adagmagasság max: Adaghosszúság max. Betéttömeg max: Égők száma: Teljesítmény égőnként: Teljesítmény összesen: Felfűtési sebesség: Hőntartási idő: Lehűtési sebesség: Hőmérsékleti zónák száma: Kocsis fenekű kemence 5.500 mm 5.500 mm 22.000 mm 100 tonna 32 darab 100 kw 3.200 kw 10 60 C / óra igény szerint 10 50 C / óra 4 darab Maximális hőmérséklet: 950 C Hőmérséklet-pontosság: ± 5 C (automata üzemben) OFU nagy terű feszültségmentesítő kocsis kemence Kiszolgáló egységek a ANTAL Ipari és Kereskedelmi Kft. -nél: Kiszolgáló daru: Sörétszóró berendezés: 100 tonna (2 x 50 tonna / 12,5 tonna) 5m x 5m x 15 m

Hőfokszabályzók

Edzés atmoszférikus kamrás kemencében

Harangkemence

Hőmérséklet megoszlás a harangkemencében (Szentes Tibor: Hőmérséklet-egyenletesség ellenőrzése gáztüzelésű harangkemencéknél, Anyagok Világa, 2002 http://www.kfki.hu/~anyag/tartalom/2002/dec/szentes.htm )

Cementálás

Aknás kemence Aknás, retortás kemence SLR-5 többcélú aknás kemence Alkalmas gázban történő cementálásra, nitrocementálásra, védőgázban történő lágyításra, edzésre SLR-4 nitridáló kemence Alkalmas nitridáslásra karbonitridálásra, védőgáz alatti feszültségcsökkentésre

Izzító kemence nitrogénnel KEs kamrás izzító kemence nitrogénnel Méretek (adag): hossza: 900 mm szélessége: 500 mm magassága: 600 mm Üzemi hőmérséklet: 180-700 C-ig Harangkemence nitrogénnel

A lángedzés

Indukciós edzés 503 f ρ = anyagra jellemző fajlagos ellenállás f = frekvencia μ= permeabilitás f=3 10kHz δ= 8...5 mm f=400 2500KHz δ= 1.0,4 mm f=27 MHz δ 0,1 mm

Indukciós edzés

Felületkezelő berendezések ( elektronsugaras kezelés)

Lézersugaras felületkezelés

Felületkezelő berendezések TSD 400-as magnetronos porlasztással működő gép Az ARC típusú gép nagy áramerősséggel dolgozik, ez alatt az ív értendő ami a targetből porlasztja ki a fémionokat. Ennek következménye, hogy a target felületén helyileg megolvad az anyag, így nem csak ionok válnak ki, hanem dropletek (cseppek) is amelyek néhány molekulából összeálló komponensek, amik szintén a bevonandó munkadarab felületére tapadnak. Ez viszont nem jelent mindenképp hátrányos tulajdonságot, mivel akadnak megrendelők, akik az alkatrészeikre kifejezetten ilyen érdesebb bevonatot szeretnének, nagyobb súrlódási tényező elérése érdekében.

Felületkezelő berendezések Forgó katódíven alapuló LARC berendezés (LAteral Rotating Cathodes = forgó katódívű) szerszámacél, gyorsacél és keményfém bevonatolására (200 C-tól 700 C-ig) π 80 -as berendezés [http://platit.com/coating-equipment/p80

Védőgázok A védőgázokkal szembeni követelmény, hogy karbon potenciálja egyezzen meg a munkadarab felületi karbon tartalmával az egész hőciklust figyelembe véve. Ugyanakkor a darab felületét ne oxidálja. A védőgázokat szénhidrogének (lakkbenzin, földgáz stb.) részleges elégetésével állítják elő. Ezek a gázkeverékek nitrogént, oxigént, vizet, széndioxidot, szénmonoxidot, metánt stb. tartalmaznak. A gáz komponensek aránya a részleges elégetés légfelesleg tényezőjétől függ. A nitrogén semleges, a víz és széndioxid oxidáló és dekarbonizáló komponensek, a szénmonoxid és metán pedig karbonizáló komponensek. Az előállított gázkeverék karbon potenciálja a légfelesleg tényezővel szabályozható. A gázkeverék egyensúlya a hőmérséklet függvényében ismert módon változik. A gázkeverék összetétele tehát adott hőmérsékleten egyetlen komponens elemzése alapján is ismertnek tekinthető (számítható).

Védőgázok A védőgázok előállítása régebbi berendezéseknél magában a kemencében is történhetett (pl. aknás kemencébe lakkbenzint csepegtettek). Korszerű üzemekben a védőgázokat gáz generátorokban állítják elő, többnyire kéntelenített földgázból. Ha a részleges elégetés légfelesleg tényezője olyan, hogy az égés önmagát fenntartja, akkor exogázról beszélünk. Nagyobb karbon potenciálú gáz csak olyan kis légfelesleg tényezővel hozható létre, melynél az égés nem önfenntartó. Ilyen esetben az égést külső hőközléssel kell biztosítani. Ezeket a gázokat endogázoknak nevezik. A gázgenerátorok ennek megfelelően két válaszfallal elkülönített térből állnak: a gázbontás tere és a külső ráfűtés tere.

Védőgázok A gázgenerátor tartozhat egy-egy hőkezelő egységhez, ebben az esetben adott összetételű exo- vagy endogáz szolgáltatására kell beállítani. Van olyan megoldás is, hogy központi gázgenerátorral állítanak elő igen nagy karbon potenciálú endogázt. Ezt az egyes kemencékhez vezetve a kemencénél megfelelő arányban levegővel hígítják, így állítják be az egyedi igényeknek megfelelő karbon potenciált. Védőgázként nitrogén felhasználása is indokolt lehet /oxigén előállítás mellékterméke/. A nitrogén minden esetben tartalmaz bizonyos mennyiségű oxigént, ezért önmagában oxidáló hatású. Ez a hatás endogáz keverésével kompenzálható. Legtökéletesebb védőgázok a nemesgázok (pl. argon) drágaságuk miatt csak speciális esetekben jöhetnek szóba (pl. védőgázos hegesztés, stb.).

Aktív gázok A védőgázoknál leírt gázgenerátorokkal nagy karbon potenciálú endogázok előállításával szenítő hatású gázkeverékek állíthatók elő. Ezeket alkalmazzák a gázcementálás technológiájához. A nitridálás technológiájához nitrogén kínálatot biztosító atmoszféra szükséges. Az oldhatóság feltétele a nitrogén atomos állapota. (Normál körülmények esetén, pl. a levegőben a nitrogén molekuláris szerkezetű.) Az atomos nitrogén kínálat csak úgy biztosítható, hogy a nitridálás hőmérsékletén termikusan bomló nitrogén vegyületeket kell alkalmazni. Ezek folyamatos adagolásával kell biztosítani, hogy az atomos nitrogén kínálat a hőkezelés alatt végig fennálljon. A klasszikus eljárásoknál 500 600 C-os intervallumban ammóniát alkalmaznak. A kombinált eljárásoknál (pl. nitrocementálás és karbonitridálás stb.) az endogázokat és az ammóniát keverve használják fel. Korszerű nitridáló technológiák esetén az ammóniát légritkított térben bontják. A kemencetok fala és a munkadarab egymástól villamosan szigetelt. Nagy gyorsító egyenfeszültséget alkalmazva az ionizált térben a nitrogén beépülés sebessége erősen fokozható. Aktív gáznak tekinthető a hidrogén atmoszféra, mely acélok szándékos dekarbonizálására (pl. trafólemezek) illetve porkohászati termékek zsugorító izzításakor használatos. Utóbbiaknál a fém szemcsék felületi oxid rétegét bontja a hidrogén, és így növeli a diffúziós kötések kialakulásának esélyét.

Só, fém, olaj stb. fürdők A sófürdőket hevítésre (edző sók) és megeresztésre (megeresztő sók) is elterjedten alkalmazzák. Olvasztásuk tégelykemencékben történik. A só fürdők igen nagy előnye a jó hőátadás, rövid hevítési idő, a felület kitűnő védelme (semleges sók), illetve a termokémikus kezelések lehetősége (cementáló illetve nitridáló sók). Mivel a használt sók veszélyes hulladékok, minden előnyük ellenére ezeket a technológiákat kiváltják a gáz és vákuum technológiák. A fémfürdők alkalmazása (pl. ólom) szintén háttérbe szorul a párolgó fémek toxikus hatása miatt. Az olaj fürdők alkalmazása viszont főleg alacsony hőmérsékleten, l80 220 C-os feszültségcsökkentő hőkezelésekre széles körben elterjedt. Erre a célra alkalmasak az elöregedett hűtőolajok is.

A hőkezelt munkadarab vizsgálata, Egyengetésre vonatkozó utasítások, Hőkezeléshelyes konstrukció készítéséhez irányelvek megadása, A lehetséges hibákra vonatkozó rizikó becslések többtényezős probléma több ok is van ami hibát okoz.

Technológia

Eht- edzési mélység, Rht széledződési mélység, Nth nitrált edzési mélység

Technológia

Hegesztés utáni hőkezelési technológia Célja: hegesztés után, hegesztett munkadarabon végzik, hogy a visszamaradó feszültségek csökkenjenek és a munkadarab élettartama a számított, előírt legyen, illetve hogy a hegesztett kötés szövetszerkezetét megváltoztassák és az előírt legyen Az alapfogalmak egyeznek a hőkezelésre meghatározottakkal.

Hegesztéshez kapcsolódó hőkezelések minőségbiztosítása ISO 17663:2009

Hőkezelés minőségbiztosítása Hegesztés utáni hőkezelési technológia

Hegesztés utáni hőkezelési technológia

Hőkezelés minőségbiztosítása