TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 1

1. POSTUPAK INDUKCIJSKOG KALJENJA OSOVINE

5.1 Oblik obratka

Tehnološkim postupkom koji slijedi, definirat će se postupak indukcijskog kaljenja

osovine u laboratoriju za toplinsku obradu i inženjerstvo površina Tehničkog fakulteta u

Rijeci.

Na slici 5.1 je prikazana skica osovine koja će služiti kao obradak.

Slika 1.1 Skica osovine

5.2 Materijal obratka

Materijal od koje je izrađena osovina je ugljični čelik za poboljšanje, pogodan za

indukcijsko kaljenje, Č1530 (C45).

Kemijski sastav čelika prikazan je u tablici 3.

Mehanička svojstva materijala prikazana su u tablici 4.

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

Tablica 1 Kemijski sastav čelika Č1530 od kojeg je izrađena osovinaC Si Mn Cr Mo Ni P(max) S(max)

0,422 0,233 0,710 0,096 0,010 0,080 0,045 0,045

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 2

Vlačna čvrstoća Rm, N/mm2

Granica razvlačenja Rp0,2, N/mm2

Istezljivost(L0=5d0)

%

Udarna radnja loma (DVM) KV, J

Tvrdoća po Brinellu (max)

HB

590-735 ≥ 355 A¿14 25 206

Tablica 2 Mehanička svojstva čelika Č1530

5.3 Određivanje prokaljivosti materijala

U tablici 5 su prikazani rezultati Jominy pokusa za čelik Č1530.

Jominy udaljenost mm

1.5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30

Tvrdoća HRC 56 55 43.50

32 30 28.7 27.6 26.6

25 23.1 21.3

Jominy udaljenost mm

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 -

Tvrdoća HRC 19.6 18 17 16 15.2 14.7 14.3 13.9

13.8 13.6 -

Tablica 3 Rezultati Jominy pokusa

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 3

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

10

20

30

40

50

60

Jominy pokus (Č 1530)

Tvrdoća (HRc)

Jominy udaljenost (mm)

TVRD

OĆA

HRc

Slika 1.2 Grafički prikaz Jominy postupka

5.4 Oprema za indukcijsko kaljenje

Osovinu smo toplinski obradili na uređaju za indukcijsko kaljenje na Tehničkom

fakultetu u Rijeci u laboratoriju zavoda za materijale.

Na slici 5.3 prikazan je korišteni uređaj za indukcijsko kaljenje sljedećih karakteristika:

- Izlazna VF snaga 15 kW

- Radna frekvencija VF generatora 200 kHz

- Regulacija snage od 40%−100 % u koracima po 10%.

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 4

Slika 1.3 Uređaj za indukcijsko kaljenje

Pri indukcijskom kaljenju osovine korišteno je 50% ukupne snage uređaja.

Po uputama za rad s VF generatorom, redoslijed radnih operacija pri puštanju u rad

su slijedeće:

- Prema zahtjevima predmeta koji se zagrijava staviti induktor koristeći

mesingane vijke

- Otvoriti ventil za vodu na VF generatoru.

- Odabrati željenu snagu na preklopniku od 1-5, a odabir smije ovisiti o predmetu

koji se zagrijava. Ako je očekivanje nepoznato, potrebno je početi sa manjom

snagom i poslije snagu povećavati (samo kod isključenog vf izlaza). Kada se

griju feromagnetni predmeti za očekivati je da u početku zagrijavanja imaju

veću snagu do postizanja CUR-ove točke (vidi se opadanje snage). Nakon toga

brzo isključiti VF izlaz, povećati snagu i ponovo uključiti VF izlaz.

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 5

5.5 Određivanje parametara indukcijskog kaljenja

Količina topline za ugrijavanje:

Q=Sobr ∙ δ ∙ ρ ∙ cp ∙ (ϑmax−ϑmin )

δ debljina zakaljenog sloja: δ=0,001 m

Sobr-otvrdnuta površina obratka, m2 Sobr =0,00202

ϑ max-maksimalna temperatura postupka, ℃ ϑ max= 900℃

ϑ min-minimalna temperatura postupka,℃ϑ min = 0℃

cp – specifična toplina, kJ/kgK c p =0,460 kJ/kgK

ρ -gustoća, kgm3 ρ = 7800 kg/m3

Q=0,00202∙ 1∙ 7800 ∙ 0,460∙ (900−0 )

Q=6,52kJ

Potrebna izlazna snaga uređaja

N= Qt ∙ h

t – vrijeme ugrijavanja t=2 s

h- koeficjent iskoristivosti uređaja h=0,4

N=6,52 ∙10002∙ 0,4

N=8,15 kW

Specifična snaga induktora

N0=NSind

Sind – poveršina induktora Sind=Sobr

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 6

N0=N

Sobr

N0=8,15

0,00202

N0=4034 kW /m2

Specifična snaga induktora koja se može uspješno prenijeti ovisi o izvedbi

induktora. Preporučljive su specifične snage od 2x104 do 6x104. Za manje obratke obično

je specifična snaga uređaja nešto manja od ovih vrijednosti što je slučaj i za proračunatu

osovinu.

Osovina je kaljena metodom stacionarnog indukcijskog kaljenja na temperaturi od 900℃

te gašena potapanjem u kadu s vodom.

Temperatura je mjerena prema boji osovine. Izabrani induktor je viševojni okrugli,

okruglog poprečnog presjeka (slika 5.4).

Slika 1.4 Viševojni induktor okruglog poprečnog presjeka

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 7

Na slici 5.5 Prikazana je osovina zagrijana na temperaturu nešto nižu od 900 ℃.

Slika 1.5 Ugrijana osovina

Kako se sam postupak odvija u vrlo kratkom vremenu, osovinu ugrijanu na 900 °C nismo

uspjeli slikati.

5.6 Dokumentacija tehnološkog postupka

Na osovini imamo dvije operacije kao što je prikazano u opisu tehnološkog postupka:

1. Operacija zagrijavanja

2. Operacija gašenja (hlađenja)

U sklopu izrade tehnološkog postupka priložen je operacijski list.

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 8

Poduzeće: Tehnički fakultet

Naziv dijela: OSOVINA

Materijal: Č1530

Radno mjesto:List: 1

Listova:1Kvaliteta: Naziv: Peć

Operacijski list: TO

Oznaka:Oblik:

OSOVINAOznaka:

OPERACIJA BROJ: 1Naziv operacije:

INDUKCIJSKO KALJENJEMasa/dim:

Radionica: Laboratorij

Zahv. Br.

Opis zahvataKol. Proiz. sred.

T (°C)

Vrijeme (min)

Minuta

 

Kom. Proiz. mater.   ts tr

1 UGRIJAVANJE 1 Indukcijska peć 900 0,1 0,03 0,7

2 GAŠENJE 1 Kada s vodom 25 1 1 -

3

4

5              

Izradio

Datum Kontrola DatumIzmjene

Broj   Σts Σtr td t0 tpz

Lovro Štic 

21.06.2011 Lovro Štic

21.06.2011  Datum   1,03 0,7 - - -

Tablica 4 Opis tehnološkog postupka

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 9

5.7 Ispitivanje zakaljene osovine.

Na slici 5.6 je prikazana osovina po završetku postupka indukcijskog kaljenja te je

na njoj kasnije obavljeno ispitivanje tvrdoće zakaljenog sloja.

Slika 1.6 Indukcijski zakaljena osovina

Za određene slučajeve može se definirati i mjerno mjesto gdje je potrebno izmjeriti

tvrdoću ili gdje je potrebno ostvariti neku minimalnu tvrdoću, no u ovom slučaju to nije

bilo potrebno.

Osovina je nabavljena kao šipka promjera 40 mm, kasnije poboljšana na vlačnu

čvrstoću 750 MPa i tvrdoće po 34 HRC, a nakon što je obavljena kemijska analiza moguće

je započeti indukcijsko kaljenje. Osovina je kaljena na temperaturi od 900°C i nakon toga

gašena u vodi. Kada se osovina ohladila na sobnu temperaturu ispitala se tvrdoća.

Ispitivanje tvrdoće je izvršeno pomoću Rockwellove metode jer se Brinellovom metodom

ne mogu mjeriti materijali visoke tvrdoće što je naš slučaj.

Postavljanjem osovine na uređaj za mjerenje tvrdoće, utiskivanjem stošca te

očitavanjem na mjernoj skali utvrđuje se postignuta tvrdoća materijala obratka nakon

izvršenog indukcijskog kaljenja. Na slici 5.7 je prikazan uređaj za ispitivanje tvrdoće.

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 10

Slika 1.7 Uređaj za ispitivanje tvrdoće

Indukcijski je zakaljen uzorak na dubinu DS = 1 mm s minimalnom tvrdoćom sa

50% martenzitne strukture od 46 ± 2 HRC, a na površini tvrdoće 58 HRC (slika 5.7).

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje

TEHNIČKI FAKULTET RIJEKA

IZBORNI PROJEKT LIST: 11

Slika 1.8 Tvrdoća površine osovine nakon kaljenja

Izmjerena tvrdoća zakaljenog sloja iznosi 58 HRC čime je ujedno potvrđena

upotrjebljena metoda za željeni rezultat.

Sljedeći korak je ispitivanje dubine zakaljenog sloja. Uz pomoć Burnsovog

dijagrama prema standardu DIN 50190 utvrdi se da će tvrdoća od 46 HRC biti na dubini od

1 mm. Provjerom tvrdoće na dubini 1 mm utvrđeno je da su se u pogledu otvrdnutog sloj

zadovoljili zahtjevi konstruktora, odnosno da je tvrdoća površinskog sloja na dubini od 1

mm iznosila 46 HRC.

Na kraju se metalografski ispitala osovina od čelika Č1530.

Za takvo ispitivanje, osovina se prvo izbrusi, nakon toga podvrgne poliranju, čišćenju i

sušenju. Nakon sušenja pristupi se nagrizanju i to uz pomoć nitala.

Nital je rastvor dušične kiseline u alkoholu i to u omjeru 1cm3 dušične kiseline i 100 cm3

etil-alkohola. Ovakvim makronagrizanjem mogu se dobiti i drugi podaci značajni za

ocjenu kvalitete kao što su: broj slojeva, veličina i oblik zrna itd.

Lovro Štic: Indukcijsko kaljenje