KURKIME ATEITĮ DRAUGE !

EUROPOS SĄJUNGA Europos socialinis fondas

PROFESINIO MOKYMO METODIKOS

CENTRAS

ŠVIETIMO IR MOKSLO MINISTERIJA

PROFESINIO MOKYMO METODIKOS CENTRAS

MOKYMO MODULIS

TERMINIO APDOROJIMO TECHNOLOGIJOS

2006

Vilnius

Parengta Europos Sąjungos ir Lietuvos Respublikos l÷šomis, įgyvendinant

projektą Nr. BPD2004-ESF-2.4.0-01-04/0049 „Strateginių kompetencijų

suteikimas profesijos mokytojams: patirties pl÷tra“

Profesinio mokymo metodikos centro interneto svetain÷je skelbiamų autorinių kūrinių autorių neturtin÷s ir turtin÷s teis÷s saugomos įstatymų. Kūrinius atgaminant teis÷tiems tikslams (citavimas, mokymo ir mokslinių tyrimų, informacijos ir pan.) būtina nurodyti autoriaus vardą ir naudojamą šaltinį. Kūrinių atgaminimas (skelbimas, spausdinimas, kopijavimas ir pan.) siekiant komercin÷s naudos ar panašiais tikslais draudžiamas.

© Profesinio mokymo metodikos centras, 2006 m.

Mokymo modulį reng÷:

Darbo grup÷

Valdas Speičys, Antanas Pipcevičius.

TURINYS

1. Geležies-anglies lydinių sandara ir savyb÷s ......................................................6

2. Plieno sandaros ir savybių pokyčiai kaitinant ir aušinant ...............................10

3. Metalų terminio apdorojimo būdai ...................................................................15

4. Ketaus terminis apdorojimas.............................................................................27

5. Terminio apdorojimo defektai ...........................................................................30

6. Metalų terminio apdorojimo įrenginiai.............................................................32

6.1. Įrenginių klasifikavimas.........................................................................................32

6.2. Terminio apdorojimo nepertraukiamo veikimo konvejerinio tipo krosnys ...................33

6.3. Vakuumin÷s terminio apdorojimo krosnys ...............................................................42

6.4. Paviršinio indukcinio grūdinimo įrenginiai ..............................................................55

6.5. Kamerin÷s, šachtin÷s ir karuselin÷s terminio apdorojimo krosnys ..............................66

7. Terminio apdorojimo kokyb÷s kontrol÷............................................................69

INDIVIDUALIOS UŽDUOTYS ...........................................................................72

LITERATŪRA .......................................................................................................74

PRIEDAI.................................................................................................................75

6

MOKYMOSI MEDŽIAGA

1. Geležies-anglies lydinių sandara ir savyb÷s

Norint suprasti, kaip keičiasi termiškai apdorojamų geležies lydinių savyb÷s kaitinant ir

aušinant, būtina susipažinti su lydinių tipais ir struktūra.

Metaliniai lydiniai – tai medžiagos, gautos sulydžius arba kitokiu būdu sujungus du ar

daugiau metalų bei metalus su nemetalais (jose turi dominuoti metalin÷ jungtis). Elementai,

įeinantys į lydinių sud÷tį, vadinami komponentais. Priklausomai nuo komponentų skaičiaus lydiniai

skirstomi į dvikomponenčius, trikomponenčius ir t.t. Komponentas, kurio lydinyje yra daugiausia,

yra vadinamas pagrindiniu, o kiti - legiruojančiaisiais. Skystoje būkl÷je daugumos metalinių lydinių

komponentų atomai sudaro vienalytį skystą tirpalą, vadinamą skysta faze. Kristalizuojantis

vienalyčiam skystam tirpalui, gali susidaryti kelių rūšių faz÷s ir jų mišiniai. Tod÷l skiriami šie

lydinių tipai:

1. Mec h a n i n i a i m i š i n i a i , kuriuose susidaro smulkūs, susilydę ribomis atskirų

komponentų grūdeliai. Tai daugiafaziai lydiniai. Mechaninius mišinius nesunku apdirbti

pjaunant.

2. K i e t i e j i t i r p a l a i susidaro tuomet, kai vieno komponento atomai kristalizacijos

procese tolygiai pasiskirsto tarp kito, gausesnio komponento atomų ir sudaro bendrus

grūdelius. Tai vienfaziai lydiniai. Kietojo tirpalo tipo struktūra analogiška gryno metalo

struktūrai: pro mikroskopą matomi tik vienos rūšies grūdeliai.

a b 1.1 pav. Mechaninio mišinio (b) ir kietojo tirpalo (a) mikrostruktūrų schemos

3. C h em i n i a i j u n g i n i a i , kurių grūdeliuose lydinio komponentų atomai sudaro naujo

tipo gardelę.

7

Be to, lydiniuose pasitaiko ir įvairių nemetalinių intarpų, kurie nepasižymi metališkosiomis

savyb÷mis. Tai oksidai, nitridai, sulfidai ir kt. Nemetaliniai intarpai lydiniuose nepageidautini, nes

lydinys pasidaro trapus, labiau sen÷ja.

Kadangi nagin÷sime geležies lydinių terminį apdorojimą, susipažinkime su plieno ir ketaus

struktūra.

P l i e n a s - tai geležies ir anglies bei kai kurių neišvengiamų gavybos priemaišų lydinys,

kuriame yra iki 2,14% C. Plieną galima apdirbti spaudimo būdu, pvz., kalimu.

Plienas vadinamas angliniu, kai be geležies ir anglies jame yra tik neišvengiamų gavybos

proceso priemaišų (iki 0,37% Si; 0,3-0,8% Mn; iki 0,05% S ir iki 0,05% P). Kai plieno sud÷tyje yra

specialiai įvestų papildomų elementų, plienas vadinamas legiruotoju.

K e t u s – tai geležies ir anglies bei kai kurių neišvengiamų priemaišų lydinys, kuriame yra

daugiau kaip 2,14% anglies. Būdingiausias ketaus bruožas – didelis trapumas, d÷l kurio jis

neapdirbamas kalimo būdu. Ketus pasižymi geromis liejamosiomis savyb÷mis, tod÷l dirbiniai iš jo

gaminami liejimo būdu.

Metalotyroje viena svarbiausių yra geležies ir anglies lydinių būsenos diagrama (1.2 pav.).

Anglis su geležimi sudaro geležies karbidą Fe3C (cementitą) arba gali būti lydinyje laisva grafito

pavidalo. Atitinkamai yra dvi lydinių geležis - anglis būsenos diagramos: cementitin÷ ir grafitin÷.

Žymiai didesnę praktinę reikšmę turi cementitin÷ geležies ir anglies lydinių būsenos diagrama.

Išlydyta geležis su anglimi sudaro vienalytį skystąjį tirpalą, kuriam kristalizuojantis gali

susidaryti kelių rūšių kietos faz÷s: kietieji tirpalai (feritas ir austenitas), mechaniniai mišiniai

(perlitas ir ledeburitas), cheminis junginys Fe3C (cementitas) arba struktūriškai laisvas grafitas

(būdingas ketui).

Pagrindiniai geležies-anglies lydiniuose susidarantys struktūriniai elementai yra šie:

1. Austenitas (diagramoje pažym÷tas A) – anglies kietasis tirpalas γ geležyje. Anglinių plienų

austenite, esant 1147°C temperatūrai, gali ištirpti iki 2,14% anglies. Temperatūrai krintant

anglies tirpumas maž÷ja ir, esant 727°C temperatūrai, anglies koncentracija austenite tesiekia

0,8% C. Žemesn÷je temperatūroje l÷tai aušinamas austenitas skyla į ferito ir cementito

eutektoidinį mišinį – perlitą. Austenitas pakankamai minkštas, tąsus ir plastiškas. Austenito

kietumas ≈ HB200.

2. Feritas (diagramoje pažym÷tas F) – anglies kietasis tirpalas α geležyje. Jis būna ne

aukštesn÷je kaip 911°C temperatūroje. Esant aukštesnei temperatūrai, jis virsta austenitu.

Feritas - beveik gryna geležis: kambario temperatūroje anglies koncentracija jame siekia tik

8

0,006%, o 727°C temperatūroje - 0,02%. Feritas yra pati minkščiausioji Fe-C lydinių faz÷. Jo

kietumas – HB 80...100. Iki 768°C temperatūros feritas yra magnetinis. Ferito mikrostruktūra

pro mikroskopą matoma šviesių grūdelių pavidalo.

3. Cementitas (diagramoje pažym÷tas Cm ) – geležies karbidas Fe3C, t.y. cheminis junginys,

kuriame yra 6,67% C. Tai kiečiausias geležies - anglies lydinių struktūrinis elementas. Jo

kietumas, perskaičiavus į Brinelio vienetus, yra ≈ HB 800. Cementitas yra labai trapus, tod÷l jo

kiekis pliene ribojamas. Cementitas, kuris išsikristalizuoja iš skystojo lydinio, vadinamas

pirminiu (CmI). Cementitas, kuris auštant išsiskiria iš austenito jau sukiet÷jusiame metale,

vadinams antriniu (CmII). Mažaangliuose plienuose, kuriuose yra mažiau kaip 0,02% anglies,

cementitas išsiskiria iš ferito ir vadinamas tretiniu (CmIII). Plieno struktūroje cementitas

matomas kaip šviesus tinklelis tarp perlito grūdelių.

4. Perlitas (diagramoje pažym÷tas P) – eutektoidinis ferito ir cementito mechaninis mišinys,

susidarantis iš austenito, ataušinus jį žemesn÷je kaip 727°C temperatūroje. Perlite yra apie

0,8% C. Atsižvelgiant į cementito formą, perlitas gali būti plokštelinis ir grūdelinis. Perlito

mechanin÷s savyb÷s priklauso nuo jį sudarančių cementito plokštelių storio. Normalaus

plokštelių storio perlito kietumas ≈ HB180...220. Plokštelinis perlitas būdingas atkaitintam

angliniam plienui. Legiruotame pliene dažniau susidaro grūdelinis perlitas. Šis perlitas yra šiek

tiek minkštesnis ir plastiškesnis už plokštelinį. Be to, po tekinimo esti glotnesnis paviršius,

tod÷l grūdeliais perlitas labiau pageidaujamas. Plokštelinį perlitą paversti grūdeliniu

angliniame pliene galima atliekant sferoidacinį atkaitinimą. Perlito mikrostruktūra pro

mikroskopą matoma tamsių nevienalyt÷s sandaros grūdelių pavidalo.

5. Ledeburitas (diagramoje pažym÷tas L) – eutektinis austenito ir cementito mechaninis

mišinys. Ledeburite yra 4,3% C. Jis susidaro 1147°C temperatūroje iš auštančio skystojo

tirpalo, kurio koncentracija yra eutektin÷ - 4,3%C. Žemesn÷je kaip 727°C temperatūroje

ledeburite esantis austenitas virsta perlitu. Ledeburitas yra kietas (≈HB700) ir trapus.

6. Grafitas – tai kristalin÷ anglies modifikacija. Dažniausiai būna ketuje plokštelių, rutuliukų

arba dribsnių (trupin÷lių) pavidalo. Kadangi grafitas labai minkštas (≈HB5), tai jo intarpai

menkina mechanines lydinio savybes.

Fe-C diagramos dalis nuo 0% iki 2,14% C yra plienas, o nuo 2,14 % C iki 6,67% C- ketus.

Linija ACD vadinama likviduso linija. Ties ja vyksta virsmas iš skysto būvio į kietą, t.y. pirmin÷

kristalizacija. Aukščiau šios linijos lydiniai yra skysti. Linija AECF vadinama soliduso linija, kuri

rodo pirmin÷s kristalizacijos pabaigą. Žemiau šios linijos lydiniai yra kieti. Linija ECF yra

9

eutektinio virsmo linija - žemiau jos iš skysto tirpalo išsikristalizuoja eutektika - ledeburitas. Linija

PSK yra eutektoidinio virsmo linija - žemiau jos, l÷tai auštant, austenitas virsta eutektoidu - perlitu.

Linija SE vadinama austenito solvuso linija. Ji rodo maksimalų anglies tirpumą austenite.

Auštančiame austenite d÷l sumaž÷jusio tirpumo atsiranda anglies perteklius, kuris ties linija SE iš

austenito išsiskiria antrinio cementito pavidalu.

1.2 pav. Fe-C diagrama

Sk. – skystas lydinys

Sk. + A

A

L + CmI

A + L

A +CmII

A + L + CmII

Sk. + CmI

A+F

L + CmI P + L + CmII P + F P + CmII

Perlitas

Ledeburitas

0.8 6.67 %C 2.14 4.3 0.02 0.006

F + CmIIi

F

TºC

1539

1147

911

727

A

E

G

S

P

Q

C

D

F

K

10

a - feritas technin÷je geležyje; b - struktūriškai laisvas cementitas ferite (0,05%C); c - feritas (šviesus) ir perlitas (dryžuotas) ikieutektoidiniame mažaangliame pliene (0,15%C); d- feritas ir perlitas vidutinio anglingumo ikieutektoidiniame pliene (0,55%C); e - plokštelinis perlitas eutektoidiniame pliene (0,8%C); f - perlitas ir antrinio cementito tinklelis poeutektoidiniame pliene (1,2%C); g - perlitas (dryžuotas), ledeburitas (taškuotas) ir antrinis cementitas (baltas) ikieutektiniame baltajame ketuje; h - grūdinis perlitas (Fe3C grūdeliai ferito matricoje).

1.3 pav. Geležies ir anglies lydinių pagrindinių mikrostruktūrų schemos

2. Plieno sandaros ir savybių pokyčiai kaitinant ir aušinant

Norint suprasti terminį apdorojimą, reikia žinoti, kaip keičiasi metalo struktūra ir savyb÷s jį

kaitinant ir aušinant. Plieno kritin÷s temperatūros, kurioms esant prasideda arba baigiasi faziniai

virsmai, žymimos raide A su skaitmeniniu indeksu, pavyzdžiui, A1, A3. Viena iš kritinių

temperatūrų (cementitin÷) žymima Acm. Kritin÷s temperatūros, gautos kaitinant ir aušinant, žymimos

skirtingai. Jeigu virsmas vyksta kaitinant, tai kritin÷ temperatūra žymima prirašant raidę c,

pavyzdžiui, Ac1, Ac3, Accm, jei aušinant - prirašoma raid÷ r, pavyzdžiui Ar1, Ar3, Arcm.

A1 (727°C temperatūra) – linija PSK rodo perlitinį virsmą. Ties šia linija perlitas kaitinant

virsta austenitu, o aušinant austenitas virsta perlitu.

A3 (727-911°C temperatūra) – linija GS rodo ferito ištirpimo austenite pabaigą kaitinant ir

ferito išsiskyrimo iš austenito pradžią aušinant.

Acm (727-1147°C temperatūra) – linija SE rodo antrinio cementito ištirpimo austenite

pabaigą kaitinant ir antrinio cementito išsiskyrimo iš austenito pradžią aušinant.

11

Praktikoje, norint paspartinti fazinius virsmus, kaitinama ne iki kritinių temperatūrų, bet iki

30-50°C aukštesnių.

Pagrindiniai pliene vykstantys fazių virsmai jį kaitinant ir aušinant yra šie:

1. Perlito virtimas austenitu (P → A)

2. Austenito virtimas perlitu (A → P)

3. Austenito virtimas martensitu (A→ M)

4. Martensito virtimas perlitu (M → P)

Perlito virtimas austenitu (austenitinis virsmas). Neužgrūdinto plieno struktūrą kambario

temperatūroje sudaro feritas ir plokštelinis perlitas (ikieutektoidinio plieno), vien perlitas

(eutektoidinio plieno) arba perlitas ir antrinis cementitas (poeutektoidinio plieno). Kaitinant plieną

terminiam apdorojimui, struktūra nekinta iki kritin÷s temperatūros A1(727°C). Kritin÷je

temperatūroje Ac1 prasideda perlito virsmas austenitu (austenitinis virsmas). Perlito grūdeliuose

atsiranda daug austenito užuomazgų, kurios pamažu auga, ir perlito grūdelyje išauga daug smulkių

austenito grūdelių. Taigi šio virsmo metu plieno struktūra susmulk÷ja. Smulkiagrūd÷ plieno

struktūra išsilaiko tam tikrą inkubacinį periodą. Toliau kaitinant plieną austenito grūdeliai pradeda

jungtis ir did÷ti. Austenito grūdelių augimas priklauso nuo plieno chemin÷s sud÷ties ir gamybos

būdo. Anglinio plieno grūdeliai po trumpo inkubacinio periodo pradeda iš karto did÷ti ir 930°C

temperatūroje jie jau stambūs. Tod÷l tokie plienai vadinami įgimtais stambiagrūdžiais.

Stambiagrūd÷ struktūra mažiau atspari nuovargiui bei smūginei apkrovai, tod÷l nepageidaujama.

Legiruotųjų plienų (ypač vanadžiu, titanu, volframu) austenito grūdeliai iki 930°C temperatūros

išsilaiko smulkūs, o tik v÷liau pradeda intensyviai augti. Tokie plienai vadinami įgimtais

smulkiagrūdžiais.

Termiškai apdirbamą plieną stengiamasi kaitinti iki kiek galima žemesn÷s reikalingos

temperatūros ir per ilgai joje nelaikyti, kad neišaugtų grūdeliai. Struktūra su per stambiais grūdeliais

laikoma metalo defektu – perkaitinimu. Šį defektą galima ištaisyti pakartotinai kaitinant tiksliau.

Didesnis perkaitinimas, kurio metu grūdeliu ribose susikaupia oksidai ir kitos priemaišos arba

grūdelių ribos net apsilydo, vadinamas perdeginimu.

Austenito virtimas perlitu (perlitinis virsmas). Visi angliniai plienai aukštoje temperatūroje

(virš linijos GSE Fe-C diagramoje) turi vien austenitinę struktūrą. Auštantis austenitas įvairaus

anglingumo pliene pradeda keistis esant skirtingai temperatūrai: ikieutektoidiniame pliene

perteklinis feritas pradeda skirtis temperatūroje A3, kuri atitinka liniją GS. Žemiau šios linijos

plienas įgauna struktūrą A+F. Poeutektoidiniame pliene antrinis cementitas pradeda skirtis

temperatūroje Acm, kuri atitinka liniją SE. Žemiau šios linijos plienas įgauna struktūrą A+CmII.

12

Austenito virtimas perlitu vyksta temperatūroje A1 (727°C), kuri atitinka liniją PSK. Virsmo metu

plieno struktūros grūdeliai susmulk÷ja. Virtimas perlitu gali vykti dviem būdais: kai austenitas

nepertraukiamai aušinamas ir kai jis staigiai ataušinamas iki temperatūros, žemesn÷s už A1 (727°C),

ir laikomas toje temperatūroje, kol baigiasi virsmas. Toks austenito virtimas perlitu vadinamas

izoterminiu. Aušinant austenitą skirtingais greičiais, skilimo procesas prasideda ir baigiasi

nevienodu metu ir duoda skirtingus skilimo produktus. Šiai skilimo eigai nustatyti buvo atlikti

bandymai, kurių metu buvo imama daug plonų to paties plieno bandinių, kurie buvo įkaitinami iki

austenitin÷s struktūros ir sumetami į skirtingos temperatūros druskų vonias, iš kurių tam tikrais

laiko tarpais išimami ir staigiai ataušinami vandenyje. Pagal šių bandymų rezultatus buvo gauta

austenito izoterminio virsmo diagrama (2.1 pav.).

1-izoterminis virsmas; 2- nepertraukiamas virsmas

2.1 pav. Austenito izoterminio virsmo diagrama

Aušinant druskų vonioje, kurios temperatūra T = 650…700°C (greičiu V1 ~1 0/min) gaunamas

stambių ferito ir cementito plokštelių mišinys, vadinamas perlitu (kietumas ~HRC 15). Tai atitiktų

nepertraukiamą, labai l÷tą plieno aušinimą kartu su krosnimi. Aušinant druskų vonioje, kurios

temperatūra T = 600…650°C (greičiu V2 ~60 0/min =1 0/s), gaunama smulkiaplokštelinio perlito

struktūra, vadinama sorbitu (kietumas ~HRC 30). Tai atitiktų nepertraukiamą plieno aušinimą

ramiame ore. Aušinant dar greičiau druskų vonioje, kurios temperatūra T = 550…600°C (greičiu V3

~50 0/s), gaunamas dar smulkesnių ferito ir cementito plokštelių mišinys, vadinamas trostitu

T, ºC Austenitas

A1

Ms

HRC

Perlitas

Sorbitas

Trostitas

Beinitas

15

30

45

55

2

1

Martensitas

Laikas, s

65

Virsmo pradžia

Virsmo pabaiga

13

(kietumas ~HRC 45). Tai atitiktų nepertraukiamą plieno aušinimą apipučiant suspaustu oru.

Aušinant dar greičiau druskų vonioje, kurios temperatūra T = 250…550°C (greičiu V4 ~70 0/s)

susidaro persotinto ferito ir karbidų mišinio struktūra, vadinama beinitu. Beinitas, kuris susidaro

500...350°C temperatūrų intervale, yra vadinamas viršutiniu beinitu. Jame ferito plokštelių

išsid÷stymas primena plunksnas, tod÷l viršutinis beinitas dar vadinamas plunksniniu ir jo struktūra

panašesn÷ į perlito struktūrą. Viršutinio beinito kietumas ~ 45 HRC. Beinitas, kuris susidaro

žemesn÷je kaip 300°C temperatūroje, vadinamas apatiniu beinitu. Jame ferito plokštel÷s primena

smailias adatas, tod÷l šis beinitas vadinamas adatiniu ir jo struktūra panašesn÷ į martensito struktūrą.

Apatinio beinito kietumas ~ 55 HRC. Izoterminis beinitinis virsmas atitiktų nepertraukiamą anglinio

plieno aušinimą mineralin÷je alyvoje.

Austenito virtimas martensitu (martensitinis virsmas). Skirtingai nuo perlitinio virsmo,

martensitinis virsmas nevyksta izotermin÷mis sąlygomis. Kad nuosekliai vyktų martensitinis

virsmas, būtina nepertraukiamai aušinti nuo virsmo pradžios Ms iki virsmo pabaigos Mf. Aušinant

austenitin÷s struktūros plieną dideliu greičiu V5 ~150 0/s austenitas virsta martensitu (kietumas

~HRC 65). Tai atitiktų anglinio plieno aušinimą vandenyje arba vandens tirpaluose, o legiruotojo

plieno – mineralin÷je alyvoje. Martensitas – tai persotintas anglies tirpalas α geležyje. Tai labai

kieta, stipri, bet trapi plieno struktūra. Pro mikroskopą martensito struktūra matoma charakteringų

adat÷lių pavidalo. Minimalus greitis, kuriam esant aušinamas austenitas virsta vien martensitu,

vadinamas kritiniu grūdinimo greičiu (Vkr = V5). Martensitinis virsmo pradžios temperatūra Ms

priklauso nuo plieno anglingumo ir jame esančių legiravimo elementų kiekio (pvz., eutektoidiniam

plienui Ms = 220°C). Martensitinio virsmo pabaigos temperatūra Mf priklauso nuo anglies kiekio

pliene. Daugiau kaip 0,55% C turinčiame pliene martensitinis virsmas baigiasi neigiamoje

temperatūroje (2.2 pav.). Taigi tokiame užgrūdintame pliene, jeigu jis nebuvo ataušintas iki

žemesn÷s nei kambario temperatūros, be martensito, yra ir tam tikras kiekis dar nepavirtusio

martensitu austenito. Toks austenitas vadinamas liekamuoju austenitu. Kuo daugiau pliene anglies,

tuo liekamojo austenito bus daugiau. Užgrūdintame pliene liekamasis austenitas yra nenaudingas,

nes jo kietumas yra žymiai mažesnis už martensito. Norint panaikinti liekamąjį austenitą ir padidinti

plieno kietumą, reikia tokį plieną šaldyti tuoj po grūdinimo, t.y. grūdinimo aušinimą tęsiant iki

neigiamos temperatūros.

14

2.2 pav. Martensitinio virsmo pradžios Ms ir pabaigos Mf temperatūrų priklausomyb÷ nuo

anglies kiekio pliene

Martensito virtimas perlitu. Užgrūdinto ikieutektoidinio plieno struktūrą sudaro martensitas.

Ikieutektoidiniame pliene, kuriame yra daugiau kaip 0,6% C, be martensito, bus dar ir liekamasis

austenitas. Užgrūdinto eutektoidinio plieno struktūra – martensitas ir liekamasis austenitas.

Užgrūdinto poeutektoidinio plieno struktūroje, be martensito ir liekamojo austenito, dar bus ir

antrinis cementitas.

Grūdinto plieno pakaitinimas, kai nepasiekiama austenizacijos temperatūra A1 (727°C),

vadinamu atleidimu. Atleidimo procese vykstantys grūdinto plieno struktūros pasikeitimai vadinami

atleidimo virsmais.

Kaitinant užgrūdintą plieną iki 80°C jokių pastebimų fazinių pakitimų n÷ra. Kaitinant toliau

prasideda martensito skilimas, vadinamas pirmuoju atleidimo virsmu: plieno struktūroje atsiranda

labai smulkūs karbidai, vadinami ε-karbidais. Atleidimo temperatūrai pasiekus 150...200°C plieno

struktūrą sudaro martensito ir ε-karbidų mišinys. Ši struktūra vadinama atleidimo martensitu.

Kaitinant 200-300°C temperatūros intervale grūdinto plieno tūris pradeda did÷ti, nes

liekamasis austenitas virsta atleidimo martensitu. Tai antrasis atleidimo virsmas. Atleidimo

martensito struktūra išsilaiko iki ~300°C temperatūros. 300-400°C temperatūroje vyksta tretysis

atleidimo virsmas. Jo metu susidaro ferito ir cementito dalelių mišinys. Ši struktūra vadinama

atleidimo trostitu.

T, ºC

500

400

300

200

100

0

-100

-200 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 %C

Ms

Mf

15

Kaitinant 400-600°C temperatūros intervale, cementito dalel÷s stamb÷ja (koaguliuoja) ir

apval÷ja (sferoidizuojasi). Nors naujos faz÷s šiame etape nesusidaro, cementito dalelių stamb÷jimo

(koaguliavimo) ir apval÷jimo (sferoidizacijos) procesai vadinami ketvirtuoju atleidimo virsmu.

500-600°C temperatūroje susidaręs ferito ir cementito grūdelių mišinys vadinamas atleidimo

sorbitu.

Kaitinant 600-700°C temperatūroje cementito dalel÷s dar labiau sustamb÷ja ir susidariusi

struktūra vadinama atleidimo arba grūdeliniu perlitu.

3. Metalų terminio apdorojimo būdai

Terminis apdorojimas – tai metalo ir lydinių kaitinimas iki tam tikros temperatūros, išlaikymas

joje ir ataušinimas tam tikru greičiu, kad pasikeitus metalo sandarai, būtų gaunamos norimos

savyb÷s. Terminio apdorojimo paskirtis gali būti labai įvairi: sumažinamas metalo stiprumas ir

kietumas prieš jo apdirbimą pjovimu (tada plienas apdirbamas greičiau), grąžinamas plastiškumas

šaltai deformuojant sukietintam metalui, didinamas kietumas ir atsparumas dilimui, šalinami

gaminio vidiniai įtempimai, d÷l kurių jis gali susikraipyti.

Gamyboje terminis apdorojimas taikomas, kai norima palengvinti apdirbimą arba gaminiui

suteikti pageidaujamas savybes. Pirmuoju atveju terminis apdorojimas dažnai vadinamas

paruošiamuoju, o antruoju – baigiamuoju. Pastarasis dažniausiai yra svarbiausia gamybos operacija,

nuo kurios priklauso eksploatacin÷s gaminio savyb÷s. Netinkamas terminis apdorojimas gali niekais

paversti visą gaminiui pagaminti įd÷tą darbą.

Terminio apdorojimo kokybei svarbios visos trys operacijos: kaitinimas, išlaikymas ir

aušinimas. Tačiau terminio apdorojimo būdą ir gaunamą efektą lemia įkaitinimo temperatūra ir

aušinimo greitis. Plienui taikomi keturi pagrindiniai terminio apdorojimo būdai: atkaitinimas,

normalizavimas, grūdinimas ir atleidimas. Technologin÷ jų atlikimo schema pavaizduota 3.1 pav.

Atkaitinant, normalizuojant ir grūdinant plienas įkaitinamas iki temperatūros, kurioje susidaro

austenitin÷ struktūra. Šie būdai skiriasi aušinimo greičiu. Atleidimui, t.y. pakaitinimui po grūdinimo,

įkaitinimo temperatūra žemesn÷ ir aušinimo greitis yra mažiau svarbus. Kitiems terminio

apdorojimo būdams aušinimo greitis yra labai svarbus. Atkaitinimas – l÷čiausias įkaitinto iki

austenitin÷s struktūros plieno aušinimas dažnai kartu su krosnimi. Normalizavimas – greitesnis

plieno aušinimas ore. Grūdinimas – staigiausias iki austenitin÷s struktūros įkaitinto plieno aušinimas

vandenyje arba alyvoje. Kiekvieną terminio apdorojimo būdą ir jo rūšis išnagrin÷sime nuodugniau.

16

3.1 pav. Pagrindinių plieno terminio apdorojimo būdų technologin÷ schema

Atkaitinimas - tai plieno įkaitinimas iki reikalingos temperatūros, išlaikymas ir l÷tas

ataušinimas (dažniausiai neišimant iš krosnies). Tikslas – gauti minkštą, plastišką, be vidinių

įtempimų stabilios sandaros metalą Atkaitinimas dažnai taikomas kaip paruošiamoji operacija

metalui suminkštinti prieš mechaninį apdirbimą arba kaip baigiamoji operacija, kai gaminys turi būti

plastiškas, be vidinių įtempimų. Kartais plienas atkaitinamas tam, kad suvienod÷tų chemin÷ sud÷tis

arba struktūra. Yra keletas atkaitinimo rūšių.

V i s i š k a s a t k a i t i n i m a s taikomas tik ikieutektoidiniams plienams, kai reikia gauti

smulkiagrūdę struktūrą, padidinti plastiškumą ir pašalinti vidinius įtempimus. Plienas įkaitinamas iki

temperatūros, 20-30°C aukštesn÷s negu A3 (3.3 pav.), išlaikomas, kad išsilygintų skerspjūvio

temperatūra ir baigtų susidaryti austenitin÷ struktūra, ir l÷tai ataušinamas. Plieno kaitinimo trukm÷ -

0,5...1 h kiekvieniems 25 mm gaminio storio. Įkaitintas plienas išlaikomas 20% įkaitinimo trukm÷s.

I z o t e rm i n i u a t k a i t i n i mu galima pakeisti visišką atkaitinimą, sutrumpinant operaciją

beveik perpus. Plienas įkaitinamas iki temperatūros, 20-40°C aukštesn÷s negu A3, išlaikomas joje,

pagreitintai ataušinamas iki 680-700°C, išlaikomas iki virsmo pabaigos ir ataušinamas ore. Šis

procesas dažniausiai atliekamas ruošinius perkeliant iš pagrindin÷s krosnies į kitą, kurioje

temperatūra žemesn÷. Pavien÷s detal÷s gali būti pamerkiamos į atitinkamos temperatūros išlydytų

druskų vonias. Izotermiškai atkaitinama greičiau, atlaisvinamos pagrindin÷s krosnys. Šis būdas

taikomas legiruotiesiems plienams.

Kaitini-

mas

Laiky-

mas Aušinimas

Atleidimas

Atkaitinimas

Grūdinimas Normalizavimas

Austenitas

Laikas

Tkr.

Tem

pera

tūra

, ºC

17

D a l i n i s a t k a i t i n im a s dažniausiai taikomas poeutektoidiniams plienams po karšto

apdirbimo spaudimu, norint sumažinti valcuotų ir kaltų detalių kietumą ir pagerinti jų apdirbamumą.

Plienas įkaitinamas iki temperatūros, 20-40°C aukštesn÷s negu A1 (3.3 pav.), išlaikomas ir l÷tai

ataušinamas. Plieno kaitinimo greitis toks pat, kaip ir visiško atkaitinimo metu. Daliniu šis

atkaitinimas vadinamas tod÷l, kad įkaitinus iki nurodytos temperatūros plieno struktūroje be

austenito, dar yra ir antrinio cementito. Visiškas ir dalinis atkaitinimas dažnai bendrai vadinami

įprastiniu atkaitinimu.

S f e r o i d a c i n i s a t k a i t i n i m a s – tai dalinio atkaitinimo atmaina, kai norima

poeutektidinių plienų struktūroje plokštelinį perlitą pakeisti grūdiniu, kuris šiek tiek minkštesnis,

plastiškesnis ir geriau apdirbamas tekinant. Plienas įkaitinamas iki temperatūros, truputį aukštesn÷s

už A1 (730-760°C), l÷tai ataušinamas maždaug iki 650...680°C. Procesas kartojamas kelis kartus

(3.2 pav.). Galutinai gaminį galima ataušinti ore. Toks atkaitinimas dažniausiai taikomas

įrankiniams angliniams plienams.

3.2 pav. Sferoidacinis atkaitinimas

H omo g e n i z a c i n i s a t k a i t i n i m a s kartais dar vadinamas difuziniu arba aukštuoju,

kadangi metalai įkaitinami iki aukštos temperatūros (3.3 pav.). Plienas įkaitinamas iki

1100-1200°C temperatūros (aukštoje temperatūroje geresn÷s difuzijos sąlygos), ilgai (10...20 val.)

laikomas šioje temperatūroje, o po to l÷tai ataušinamas kartu su krosnimi. Kadangi homogenizacinio

atkaitinimo procesas trunka ilgai ir vyksta aukštoje temperatūroje, tai jis brangiai kainuoja ir

taikomas gausiai legiruotų plieno luitų cheminiam netolygumui (likvacijai) šalinti arba sud÷tingų,

T ºC

Laikas

A1

730…760ºC

650…680ºC

Ore

727

18

labai daug darbo reikalaujančių liejinių sandarai suvienodinti. Taip atkaitinus, gaunamas

nepageidautinos stambiagrūd÷s struktūros plienas. Norint stambiagrūdę struktūrą susmulkinti, reikia

plieną papildomai visiškai atkaitinti.

1 – visiškas; 2 – dalinis; 3 – homogenizacinis (difuzinis); 4 – rekristalizacinis

3.3 pav. Atkaitinimų rūšys

R e k r i s t a l i z a c i n i s a t k a i t i n i m a s (3.3 pav.) taikomas gaminiams, kurie, šaltai

apdirbami spaudimo būdu, sukiet÷jo, pasidar÷ trapūs, d÷l to reikia atstatyti jų plastiškumą. Plienas

įkaitinamas iki aukštesn÷s negu rekristalizacijos temperatūros (maždaug iki 700°C) ir laikomas

10-60 min. Aušinimo greitis dažniausiai nereglamentuotas. Vietoj deformuotų, sukietintų grūdelių

išauga nauji, lygiašoniai, plastiški, be vidinių įtempimų grūdeliai.

A t k a i t i n i m a s į t e mp im am s š a l i n t i ( ž em a t em p e r a t ū r i s ) taikomas liejiniams,

suvirintiems gaminiams, pjovimo būdu apdirbtoms detal÷ms, taip pat po šalto deformavimo, kai

gamybos procese gaminiuose susidar÷ liekamieji įtempimai. D÷l šių įtempimų gaminiai gali

susikraipyti ir įtrūkti. Liekamiesiems įtempimams mažinti taikoma įvairi atkaitinimo temperatūra.

Pavyzdžiui, suvirintų gaminių liekamieji įtempimai šalinami įkaitinus iki 650...700°C temperatūros.

Lakštai ir viela, kurie toliau bus deformuojami, atkaitinami 550...650°C temperatūroje išlaikant 2-3

727

680

600

700

800

900

1000

1100

T,ºC

0,02 0,8 2,14%C

G

S

P K

E

3

1 2

4

19

valandas. Šlifuojant atsiradę įtempimai šalinami įkaitinus iki 160...180°C ir laikant 2-2,5 valandos.

Po išlaikymo gaminiai l÷tai ataušinami.

Normalizavimas – tai ikieutektoidinių plienų įkaitinimas iki 30-50°C aukštesn÷s negu A3

temperatūros (linija GS Fe-C diagramoje), o poeutektoidinių - aukštesn÷s negu Acm (linija SE Fe-C

diagramoje), išlaikymas joje ir aušinimas ramiame ore (3.4 pav.). Normalizavimo tikslas –

„sunormalinti struktūrą“, t.y. gauti smulkiagrūdę plieno struktūrą, kuri šiek tiek kietesn÷ ir stipresn÷,

negu po įprastinio atkaitinimo. Be to, poeutektoidinių plienų struktūroje panaikinamas cementito

tinklelis, kuris blogina plieno mechanines savybes. Ikieutektoidiniai plienai dažniausiai

normalizuojami, norint pagerinti jų mechanines savybes ir apdirbamumą, o poeutektoidiniai - norint

panaikinti cementito tinklelį ir paruošti plieno mikrostruktūrą tolesniam terminiam apdirbimui. Po

normalizavimo ikieutektoidinių plienų struktūrą sudaro smulkiagrūdis perlitas ir feritas, o

poeutektoidinių plienų struktūra panaši į sorbitą.

3.4 pav. Normalizavimas

Normalizuojama sparčiau negu atkaitinama, nes aušinama ore ir atlaisvinamos krosnys. Tod÷l

mažaangliai plienai dažniau ne atkaitinami, o normalizuojami. Vidutinio anglingumo plienams

normalizavimas gali pakeisti grūdinimą su aukštuoju atleidimu.

Normalizavimas kartais yra priskiriamas prie atkaitinimo, tačiau dabar jis dažniausiai

traktuojamas kaip atskiras terminio apdorojimo būdas.

727

500

600

700

800

900

1000

1100

T,ºC

0,02 0,8 2,14%C

G

S

P K

E

20

Grūdinimas - tai ikieutektoidinių plienų įkaitinimas iki 30-50°C aukštesn÷s negu A3

temperatūros, o poeutektoidinių - aukštesn÷s negu A1 (3.5 pav.), išlaikymas joje ir aušinimas

greičiu, didesniu už kritinį, kad plienas pasidarytų kietas, stiprus ir atsparus dilimui. Tačiau

grūdintas plienas yra trapus. Anglinis plienas dažniausiai aušinamas vandenyje, o legiruotasis -

alyvoje. Aušinant plieną greičiu, didesniu už kritinį, austenitas virsta martensitu. Martensitas gali

susidaryti tik kintant staiga aušinamam austenitui. Nei feritas, nei cementitas, aušinami bet kuriuo

greičiu, nesikeičia. Tod÷l plienas grūdinimui turi būti įkaitinamas iki tokios temperatūros, kad

struktūroje susidarytų austenito. Įkaitintame poeutektoidiniame pliene, be austenito, dar yra antrinio

cementito, kuris, būdamas kietesnis už martensitą, nepablogina grūdinimo kokyb÷s.

Grūdinant plienas kaitinamas elektrin÷se ir dujin÷se krosnyse arba išlydytų druskų voniose.

Elektrin÷je arba dujin÷je krosnyje kaitinama ~1 minutę kiekvienam gaminio storio milimetrui, o

voniose - dvigubai trumpiau. Įkaitusio plieno išlaikymo trukm÷ dažniausiai sudaro apie 20%

kaitinimo laiko (legiruotųjų plienų – 25-30 %).

3.5 pav. Grūdinimas

Aušinimo greitis grūdinant turi būti toks, kad susidarytų martensitin÷ struktūra. Įvairios

sud÷ties plienų kritinis aušinimo greitis yra skirtingas. Angliniam plienui šis greitis turi būti didelis,

tod÷l jie aušinami vandenyje. Aušinimo eigai įtakos turi gaminio judinimas terp÷je – „maišymas“.

Taip suardoma ištisin÷ garų pl÷vel÷ ir garo burbul÷liai greičiau atsiskiria nuo metalo paviršiaus.

727

500

600

700

800

900

1000

1100

T,ºC

0,02 0,8 2,14%C

G

S

P K

E

21

Aušinimą gali paspartinti vandenyje ištirpintos druskos arba rūgštys(maždaug 10%). Jos neleidžia

susidaryti ištisinei garų pl÷velei ir paspartina aušimą aukštesn÷je temperatūroje. Įvairių aušinimo

terpių įtaka aušinimo greičiui parodyta 1 lentel÷je. Dažniausiai vandeniniai tirpalai paruošiami su

10% NaCl, NaOH, H2SO4 arba Na2CO3. Pagrindinis vandens, kaip aušinimo terp÷s, trūkumas yra

tas, kad aušinimo metu susidaro dideli grūdinimo įtempimai. Legiruotieji plienai dažniausiai

aušinami alyvoje, nes legiravimo elementai mažina kritinį aušinimo greitį ir didina įgrūdinamumą.

Grūdinant alyvoje susidaro daug mažesni grūdinimo įtempimai, gaminiai mažiau deformuojasi ir

susikraipo. Alyvą šilumą pašalina l÷čiau, tod÷l angliniai plienai alyvoje grūdinami tik tada, kai

gaminių storis yra ne didesnis kaip 5...6 mm., arba kai jie neturi būti labai kieti.

Į alyvą prid÷jus įvairių priemaišų, o ypač sumaišius su vandeniu, galima padidinti aušinimo

greitį.

3.1 lentel÷. Aušinimo greitis įvairiose grūdinimo terp÷se

Aušinimo greitis 0/s temperatūros intervale Aušinimo terp÷

600-500°C 300-200°C

Vanduo 18°C 600 270

Vanduo 25°C 500 270

Vanduo 50°C 100 270

Vanduo ir 10% Na2CO3 800 270

Vanduo ir 10% H2SO4 750 300

Vanduo ir 10% NaCl 1100 300

Vanduo ir 10% NaOH 1200 300

Mineralin÷ alyva 20 -200°C 150 30

Transformatorin÷ alyva 120 25

Glicerinas 135 175

Susl÷gtas oras 30 10

Ramus oras 3 1

Grūdinant skirtingą plieną tomis pačiomis sąlygomis, gaunamas nevienodas rezultatas. Tai

priklauso nuo plieno chemin÷s sud÷ties ir iš dalies nuo jo struktūros. Grūdinimo savyb÷s nusakomos

užgrūdinamumu ir įgrūdinamumu.

22

U ž g r ū d i n amuma s – tai plieno savyb÷ keisti kietumą grūdinimo proceso metu.

Užgrūdinamumas priklauso tik nuo anglies kiekio pliene: kuo daugiau pliene anglies, tuo didesnis

kietumas gaunamas grūdinant Neanglingasis ir mažaanglis plienas (iki 0,25...0,3%C) vadinamas

nesigrūdinančiu, nes grūdinant jo kietumas mažai padid÷ja.

Į g r ū d i n amum a s – tai plieno savyb÷ užsigrūdinti iki tam tikro gylio. Įgrūdinamumas

daugiausia priklauso nuo to, kiek pliene yra legiravimo elementų. Tai labai svarbi charakteristika,

kuri rodo, ar turimo didumo detal÷ užsigrūdina per visą skerspjūvį.

Parenkant grūdinimo būdą, atsižvelgiama į grūdinamo plieno sud÷tį, gaminio didumą ir formą,

norimą gauti rezultatą ir proceso ekonomiškumą. Kuo anglingesnis plienas, tuo žemesn÷je

temperatūroje susidaro martensitas ir padid÷ja grūdinimo įtempimai, gaunamas didesnis trapumas.

Tod÷l reikia parinkti "švelnesnį" grūdinimo būdą ir tiksliau laikytis grūdinimo režimo. Yra keletas

grūdinimo būdų. Technologin÷s pagrindinių grūdinimo būdų schemos pavaizduotos 3.6 pav.

P a p r a s t a s i s ( v i e n t e r p i s ) g r ū d i n i m a s . Plienas įkaitinamas iki reikalingos

temperatūros, išlaikomas joje tam tikrą laiką ir aušinamas pasirinktoje aušinimo terp÷je, kol visiškai

ataušta. Neleidžiama jo bent trumpam išimti iš terp÷s, kol nepasibaigęs martensitinis virsmas.

Angliniai konstrukciniai plienai dažniausiai grūdinami vandenyje. Legiruotieji plienai, kurių

mažesnis kritinis aušinimo greitis, paprastai grūdinami švelnesn÷je terp÷je - mineralin÷je alyvoje.

Ploni anglinio plieno gaminiai (iki 6 mm) taip pat gali būti grūdinami alyvoje. Šis grūdinimo būdas

nesud÷tingas, lengvai automatizuojamas, tod÷l dažniausiai taikomas vidutinio anglingumo plienams

(iki 0,6% C).

D v i t e r p i s ( n u t r a u k t i n i s ) g r ū d i n im a s taikomas angliniams įrankiniams plienams,

kuriuose daugiau kaip 0,6% C. Plienas įkaitinamas iki reikalingos temperatūros, išlaikomas joje tam

tikrą laiką ir pradžioje aušinamas staigiai (vandenyje), o paskui l÷čiau – perkeliamas į alyvos vonią,

kur galutinai ataušinamas. Tod÷l toks grūdinimas dažnai vadinamas „per vandenį į alyvą“. Aušinant

tik vandenyje, susidarytų labai dideli įtempimai, didel÷s deformacijos ir gal÷tų atsirasti įtrūkimų.

Dviterpis grūdinimas yra sud÷tingesnis, nes jam reikia didesnio tikslumo ir geresnių

grūdinimo įgūdžių. (Vandenyje gaminys apytikriai turi būti išlaikomas po 1 sekundę kiekvieniems

5...6 gaminio storio milimetrams). Praktiškai atliekami išankstiniai technologiniai bandymai ir

randamas optimalus išlaikymo pirmoje terp÷je laikas.

L a i p t i n i s g r ū d i n im a s ( g r ū d i n i m a s k a r š t o s e t e r p ÷ s e ) . Įkaitinta iki

reikalingos temperatūros ir kiek reikia išlaikyta detal÷ panardinama į išlydytų druskų vonią, kurios

temperatūra 20-30°C aukštesn÷ už martensitinio virsmo pradžios temperatūrą Ms. Druskų vonioje

detal÷ laikoma trumpai, tol, kol susivienodina temperatūra visame detal÷s skerspjūvyje, o po to

23

galutinai ataušinama ore. Taip aušinant susidaro minimalūs grūdinimo įtempimai, beveik nebūna

grūdinimo įtrūkimų Toks grūdinimas taikomas sud÷tingos formos legiruoto plieno detal÷ms,

kurioms būdingas staigus skerspjūvio matmenų pasikeitimas.

I z o t e rm i n i s g r ū d i n i m a s Pagal atlikimo technologiją jis panašus į laiptinį grūdinimą.

Įkaitintos iki reikalingos temperatūros detal÷s, kaip ir grūdinant karštose terp÷se, panardinamos į

išlydytų druskų vonią. Joje detal÷s laikomos ilgiau – tol, kol izotermiškai suskyla austenitas. Kai

druskų vonios temperatūra artima 500°C, gaunama trostitin÷ struktūra. Kai druskų vonios

temperatūra truputį aukštesn÷ už martensitinio virsmo pradžios temperatūrą Ms, gaunama beinitin÷

struktūra. Baigiama aušinti ore. Izotermiškai grūdinant nesusidaro martensito, tod÷l neatsiranda ir

didelių grūdinimo įtempimų. Taip užgrūdintą gaminį nebūtina atleisti. Izoterminis grūdinimas

dažniausiai taikomas spyruokl÷ms grūdinti.

1 - paprastasis (vienterpis) grūdinimas 2 - dviterpis grūdinimas "per vandenį į alyvą" 3 - laiptinis grūdinimas 4 - izoterminis grūdinimas (4a –„į trostitą“; 4b – „į beinitą“)

3.6 pav. Technologin÷s pagrindinių grūdinimo būdų schemos

1 2 3

4b

t

Ms

A1

T, ºC

727ºC

4a

24

G r ū d i n i m a s š a l d a n t . Kai anglingasis plienas (daugiau kaip 0,6%C) grūdinamas

kambario temperatūros terp÷je, jo struktūroje be martensito yra dar ir liekamojo austenito, kuris

mažina užgrūdinto plieno kietumą. Iš anglingesnių plienų dažniausiai gaminami įrankiai arba

atsparios dilimui detal÷s, tod÷l labai svarbu juos gauti kiek galima kietesnius. Tam grūdinimas

tęsiamas neigiamoje temperatūroje, t.y. tuoj po grūdinimo gaminį šaldant. Plieną šaldant, struktūroje

esantis austenitas virsta martensitu, o nuo to padid÷ja plieno kietumas, atsparumas dilimui ir

matmenų stabilumas. Apdirbti šalčiu reikia tuoj užgrūdinus (ne v÷liau kaip po 15-30 min), nes

ilgainiui liekamasis austenitas stabilizuojasi ir v÷liau šaldant ne visas virsta martensitu. Dažniausiai

šaldymui naudojami specialūs refrižeratoriai, kameros su sauso ledo ir alkoholio mišiniu, kurio

temperatūra esti iki -75°C, arba kameros su skystuoju azotu, kuris šaldo iki -182°C.

Dažniausiai šaldomos detal÷s pagamintos iš legiruotojo plieno, kuriame daugiau kaip 0,6%C

Iš tokio plieno gaminami įvairūs matavimo įrankiai, rutuliniai guoliai ir kt. Užgrūdinus kartais

šaldomos cementuotos (įanglintos) detal÷s, pagamintos iš legiruotųjų plienų.

V i e t i n i s g r ū d i n im a s . Šiuo būdu grūdinama tuomet, kai reikia užgrūdinti ne visą

gaminį, o tik jo dalį. Technologiškai grūdinama dvejopai:

1. Įkaitinamas visas gaminys ir aušinama tik reikalinga dalis (pavyzdžiui, veleno

kakliukas).

2. Įkaitinama tik grūdinamoji dalis, o į grūdinimo terpę panardinamas visas gaminys.

G r ū d i n i m a s s u s a v a im i n i u a t s i l e i d i m u . Tai specifin÷ vietinio grūdinimo

atmaina. Grūdinimas su savaiminiu atsileidimu dažniausiai taikomas tokiems įrankiams ir

gaminiams, kurių darbin÷ dalis turi būti labai kieta, o likusi dalis plastiška (per÷jimas iš vienos

dalies į kitą turi būti nuoseklus). Pavyzdžiui, šaltkalvio kirstukas. Įkaitinamas visas įrankis, o į

aušinimo terpę pamerkiami tik ašmenys, kurie užsigrūdina, išliekant karštai likusiai daliai – kotui.

Ištraukus iš aušinimo terp÷s, gaminys laikomas ore leidžiant šilumai pereiti iš koto į ašmenis, kurie

kaisdami pamažu atsileidžia. Kuo toliau nuo šilumos šaltinio – koto, tuo atsileidžia mažiau ir

kietumas lieka didesnis. Apie pasiektą atsileidimo temperatūrą sprendžiama pagal nykstančias

spalvas. Atsileidžiančiojo gaminio paviršiuje susidaro tokių spalvų plonos oksidų pl÷vel÷s: 220°C –

šviesiai geltona, 230°C – geltona, 240°C – tamsiai geltona, 255°C – rusva, 265°C – rusvai oranžin÷,

285°C – violetin÷, 300°C – tamsiai m÷lyna, 320°C – šviesiai m÷lyna, 330°C – pilka. Kai

užgrūdintoji dalis įkaista iki reikiamos atleidimo temperatūros, gaminys galutinai ataušinamas į

aušinimo terpę paneriant visą įrankį.

Š v i e s u s i s g r ū d i n im a s . D etal÷s apsauginių dujų aplinkoje įkaitinamos iki grūdinimo

temperatūros, kuri apsaugo detal÷s paviršių nuo oksidacijos bei nuangl÷jimo. Gaminiai aušinami

25

išlydytuose šarmuose (NaOH, KOH arba jų mišinyje). Taip užgrūdintos detal÷s paviršius yra

šviesus, neoksiduotas. Šviesusis grūdinimas plačiai taikomas masin÷je smulkių detalių gamyboje.

Šiuo grūdinimu užgrūdinti gaminiai yra atsparesni nuovargiui.

P a v i r š i n i s g r ū d i n im a s . Smūginio apkrovimo sąlygomis dirbančių detalių skerspjūvis

turi būti stiprus ir tur÷ti didelį smūginį tąsumą, o paviršius kietas ir atsparus dilimui. Šiuos

reikalavimus galima įvykdyti, taikant paviršinį grūdinimą, kai detal÷s paviršius staigiai įkaitinamas

ir aušinamas, nesp÷jus įšilti vidiniam sluoksniui. Užsigrūdina tik detal÷s paviršius, o šerdis lieka

tąsi.

Įkaitinti tik paviršinius sluoksnius galima keliais būdais. Plieno gaminį galima trumpam

panardinti į išlydytų druskų vonią ir, kai tik paviršius įkaista iki grūdinimo temperatūros, iš karto

grūdinti. Gaminio paviršių galima įkaitinti dujų degiklio liepsna, tačiau, kaitinant kaitria acetileno ir

deguonies mišinio liepsna, paviršiniai plieno sluoksniai gali perkaisti. Be to, kaitinamojo sluoksnio

storis būna netikslus. Gera kokyb÷ gaunama tik tuomet, kai grūdinimo gylis ne mažesnis kaip

3...5 mm. Pastaruoju metu vis dažniau paviršiai grūdinami kaitinant lazeriais. Lazerio spindulys

labai greitai įkaitina metalo paviršių, tod÷l tuo būdu patogu kaitinti kreivus paviršius ir įvairias

sunkiai prieinamas gaminio vietas, pavyzdžiui, įdubų dugnus. Lazeriniu būdu grūdinamos pjovimo

įrankių briaunos, štampai, presformos.

Tačiau techniniu požiūriu tobuliausias ir gamyboje plačiausiai paplitęs paviršinio grūdinimo

būdas – indukcinis paviršinis grūdinimas, kaitinant gaminius aukštadažne elektros srove (ADES).

Aukšto dažnio elektros srov÷s sukurtas kintamas elektromagnetinis laukas detal÷s paviršiuje

indukuoja sūkurines sroves, kurios per kelias sekundes įkaitina paviršinius sluoksnius iki

austenitin÷s temperatūros. Ataušinus gaminį vandens čiurkšl÷mis arba kitu būdu paviršiniai

sluoksniai užsigrūdina.

Kai norima užgrūdinti iki 4 mm gyliu, patogiausia naudoti 4000 Hz srovę, 2,5...3 mm gyliu –

8000 Hz, 1,5...2 mm – 60000 Hz (daugumai besitrinančių detalių pakanka 1,5...3 mm gylio).

Kaitinimo trukm÷ paprastai būna nuo 2...20 sekundžių, tod÷l šis grūdinimas labai našus procesas. Po

indukcinio grūdinimo taikomas žemasis atleidimas.

Taip grūdinami automobilių alkūninių velenų kakliukai, skirstymo velenų paviršius,

krumpliaračių krumpliai ir kt.

Užgrūdinto (išskyrus izoterminį grūdinimą) plieno kietumas didžiausias, tačiau d÷l didelių

vidinių įtempimų plienas labai trapus. Norint sumažinti grūdinimo metu atsiradusius vidinius

įtempimus ir trapumą, išlaikant pakankamą kietumą ir stiprumą, grūdinti plienai yra atleidžiami.

26

Atleidimas - tai užgrūdinto plieno įkaitinimas iki ne aukštesn÷s kaip A1 (727°C) temperatūros,

išlaikymas joje tam tikrą laiką ir l÷tas ataušinimas (dažniausiai ore). Atleidimo temperatūra

dažniausiai parenkama pagal tai, kokio kietumo turi būti gaminys, jį termiškai apdorojus. Kuo

aukštesn÷ atleidimo temperatūra, tuo labiau plienas suminkšt÷ja.

Išlaikymo trukm÷ atleidimo metu priklauso nuo atleidimo temperatūros, detalių didumo ir kt.

Dažniausiai naudojami trijų rūšių atleidimai.

Ž em a s i s a t l e i d i m a s atliekamas įkaitinus grūdintą plieną iki 150-250°C temperatūros.

Atleidimo metu dalis anglies išsiskiria iš martensito ir sudaro karbidus. Tokia struktūra vadinama

atleistuoju martensitu. Žemojo atleidimo tikslas - sumažinti grūdinant atsiradusius vidinius

įtempimus taip, kad kuo mažiau suminkšt÷tų plienas. Jis taikomas tiems gaminiams, kurie turi būti

kieti ir atsparūs dilimui (pavyzdžiui, pjovimo ir matavimo įrankiams, šaltojo deformavimo

štampams, rutiliniams guoliams, įvairioms smarkiai dildomoms mašinų dalims, cementuotoms

detal÷ms ir kt.). Dažniausiai tokie gaminiai gaminami iš anglingojo plieno.

V i d u t i n i s a t l e i d im a s atliekamas 350-450°C temperatūroje. Atleidimo metu gaunama

trostitin÷ struktūra. Atleidimo tikslas - gauti tamprų, stiprų bei pakankamai kietą plieną. Toks

atleidimas beveik išimtinai taikomas spyruokl÷ms, ling÷ms ir kitoms spyruokliuojančioms detal÷ms.

A u k š t a s i s a t l e i d im a s atliekamas 500-680°C temperatūroje. Atleidimo metu gaunama

sorbitin÷ struktūra. Taikant aukštąjį atleidimą, pašalinami beveik visi įtempimai, atsiradę grūdinant

ir gaunamas labai tąsus ir plastiškas pakankamo stiprumo plienas. Gerinimas dažniausiai taikomas

konstrukciniams vidutinio anglingumo (0,3-0,55% C) plienams, iš kurių gaminamos stiprios ir

smūginei apkrovai atsparios mašinų dalys. Visos metalo mechanin÷s savyb÷s pager÷ja, tod÷l

terminis apdirbimas, sudarytas iš grūdinimo ir aukštojo atleidimo, vadinamas terminiu gerinimu.

Atleidus grūdintą plieną žemoje temperatūroje (žemasis atleidimas), jo struktūra nepasidaro

visiškai stabili. Ilgainiui ji šiek tiek kinta, d÷l to gali pasikeisti matmenys. Tiksliems gaminiams tai

neleistina. Kad būtų stabilūs matmenys, gaminys sendinamas, t.y. ilgai (nuo vienos iki kelių parų)

laikomas 120-130°C temperatūroje. Skirtingai negu po atleidimo, po sendinimo padid÷ja metalo

kietumas ir stiprumas, o plastiškumas sumaž÷ja. Be to, sendinamas ir labai legiruotas plienas,

atsparus kaitrai plienas, duraliuminis, magnio ir titano lydiniai. Gaminiams iš ketaus gali būti

naudojamas natūralus sendinimas laikant ketaus liejinius atvirame ore.

27

4. Ketaus terminis apdorojimas

Pagal gavimo būdą ir susidarančią struktūrą skiriamos dvi pagrindin÷s ketaus rūšys:

cementitinis ketus ir grafitinis ketus. Cementitiniame ketuje beveik visa anglis su geležimi sudaro

junginį – cementitą Fe3C. Cementitas yra kietas ir trapus, tod÷l ir šis ketus pasižymi tokiomis

pačiomis savyb÷mis. D÷l šviesaus blizgančio lūžio cementitinis ketus dar vadinamas baltuoju. Fe-C

diagramos ketaus dalyje (1.2 pav.) yra pavaizduotos cementitinio ketaus struktūros, esant įvairiam

anglies kiekiui bei įvairiai temperatūrai.

Cementitinis (baltasis) ketus pasižymi geromis liejamosiomis savyb÷mis, yra kietas, tačiau

trapus ir sunkiai apdirbamas pjovimu. D÷l dviejų pastarųjų savybių automobilių ir mašinų gamyboje

jis naudojamas retai.

Ketus, kuriame pagrindin÷ anglies dalis yra laisvas grafitas, vadinamas grafitiniu. Kadangi

grafitas labai minkštas (~HB5), tai jo intarpai silpnina metalinį pagrindą. Yra trys pagrindin÷s

grafitinio ketaus rūšys: pilkasis, kalusis ir stiprusis. Visos šios rūšys skiriasi gavimo būdu ir grafito

intarpų forma (4.1 pav.)

pilkasis ketus kalusis ketus stiprusis ketus

4.1 pav. Intarpai grafitiniame ketuje

Plačiausiai naudojamas pilkasis ketus, kuris taip vadinamas d÷l pilkos lūžio spalvos. Grafito

intarpai jame būna plokštelių pavidalo. Pilkasis ketus yra pigus, pasižymi labai geromis

liejamosiomis savyb÷mis ir nesunkiai apdirbamas pjovimu, tod÷l tai viena plačiausiai naudojamų

konstrukcinių medžiagų. Iš jo liejami staklių korpusai, pavarų d÷žių ir reduktorių korpusai, variklių

cilindrų blokai, karteriai, sankabos diskai, nedidel÷s apkrovos krumpliaračiai, stabdžių elementai,

smagračiai ir daugelis kitų gaminių.

Kaliajame ketuje grafito intarpai yra dribsnių pavidalo. Ketus su dribsniniu grafitu už pilkąjį

ketų yra stipresnis, plastiškesnis bei atsparesnis smūginei apkrovai. Tačiau iš kaliojo ketaus, kaip ir

iš kitų ketaus rūšių, gaminti dirbinių kalimo būdu negalima. Terminas “kalusis ketus” yra sąlyginis.

Iš kaliojo ketaus liejami sud÷tingos formos liejiniai, kuriuos veikia dinamin÷s apkrovos, pavyzdžiui,

28

kardaniniai velenai, užpakalinio tilto karteriai, stabdžių detal÷s, kronšteinai, krumpliaračiai, stebul÷s

ir kt.

Stipriajame ketuje grafito intarpai yra rutuliukų pavidalo. Rutulinis grafitas dar mažiau

silpnina metalinį pagrindą, tod÷l šis ketus pasižymi labai geromis mechanin÷mis savyb÷mis (stiprus,

plastiškas) ir gali pakeisti ne tik plieno liejinius, bet ir valcuotus gaminius bei kaltinius. Iš stipriojo

ketaus gaminami dyzelinių variklių alkūniniai ir paskirstymo velenai, karteriai, guolių korpusai,

pavarų d÷žių korpusai, stabdžių kalad÷l÷s, cilindrų galvut÷s, svirtys, kronšteinai ir kt.

Ketaus liejiniams terminis apdorojimas taikomas, kai norima liejiniams garantuoti ilgalaikį

geometrin÷s formos ir matmenų tikslumą, pagerinti ketaus pjaunamumą, mažinant kietumą,

pagerinti mechanines savybes – padidinti kietumą, stiprumą ir atsparumą dilimui.

Kadangi daugiausia ketaus gaminių gaminam iš grafitinio pilkojo ketaus, tai jo terminį

apdorojimą ir išnagrin÷sime. Pilkąjį grafitinį ketų, kaip ir plieną, galima atkaitinti, normalizuoti,

grūdinti ir atleisti.

Atkaitinimas. Tai dažniausiai taikomas pilkojo ketaus terminio apdorojimo būdas. Yra keturi

pagrindiniai atkaitinimo būdai: atkaitinimas įtempimams šalinti, feritizacinis, visiškas ir

grafitizacinis atkaitinimas.

A t k a i t i n i m a s į t em p im am s š a l i n t i . Liejant pilkąjį ketų, d÷l netolygaus įvairių

liejinio dalių aušimo ir metalo susitraukimo, atsiranda liekamieji įtempimai, d÷l kurių sumaž÷ja

gaminio stiprumas, gaminys susikraipo ir net gali įtrūkti. Kuo sud÷tingesn÷ gaminio forma arba

didesni matmenys, tuo didesni ir pavojingesni įtempimai. Jiems sumažinti taikomas atkaitinimas

įtempimams šalinti. Kuo aukštesn÷ šio atkaitinimo temperatūra, tuo labiau sumažinami liekamieji

įtempimai, tačiau kartu ir gaminio stiprumas. Atkaitinimo temperatūra priklauso nuo ketaus mark÷s

ir gali būti 520...600°C. Išlaikymo trukm÷ reikiamoje temperatūroje – 1,5 valandos kiekvieniems 25

mm liejinio sienel÷s storio. Svarbus yra kaitinimo ir aušinimo greitis. Kad neatsirastų papildomų

įtempimų, ketaus liejinys turi būti dedamas į krosnį, kur temperatūra ne aukštesn÷ kaip 100°C.

Reikiama temperatūra pasiekiama per 3 valandas., išlaikoma ir per 4 valandas ataušinama iki

300...350°C. Po to baigiama aušinti ore. Šis atkaitinimas dar kartais vadinamas d i r b t i n i u

s e n d i n i mu . Ketaus liejiniams gali būti naudojamas ir n a t ū r a l u s s e n d i n i m a s , kai gaminiai

po grubaus mechaninio apdirbimo, palikus 0,5-1,5 mm. užlaidas, laikomi atvirame ore. D÷l oro

temperatūros svyravimų vyksta plastin÷s deformacijos ir įtempimai relaksuoja ten, kur yra

didžiausia jų koncentracija. Įtempimai sumaž÷ja nedaug – 2...10%. Sendinimo trukm÷ – nuo 3 m÷n.

normalaus tikslumo detal÷ms iki 12 m÷n. labai tikslioms detal÷ms.

29

F e r i t i z a c i n i s a t k a i t i n i m a s . Šio atkaitinimo tikslas – palengvinti ketaus apdirbimą

pjovimo būdu. Įkaitinus iki 700...760°C, metalinis pagrindas grafitizuojasi – perlitas virsta feritu.

Išlaikoma apie 1 valandą. Po to aušinama ore.

V i s i š k a s a t k a i t i n i m a s . Šis atkaitinimas taikomas legiruotam pilkajam ketui.

Įkaitinimo temperatūra 800...900°C. Išlaikoma apie 1 valandą ir l÷tai aušinama iki 800...675°C

temperatūros, o po to baigiama aušinti ore.

G r a f i t i z a c i n i s a t k a i t i n i m a s . Taikomas, kai ketaus struktūroje yra daug karbidų.

Įkaitinama iki 900...950°C, išlaikoma nuo kelių minučių iki kelių valandų ir aušinama. Aušinimo

greitis priklauso nuo to, kokių savybių ketus reikalingas. Jei ketus turi būti stiprus ir atsparus

dilimui, tai jis aušinamas ore iki 550°C. Jei norima pagerinti apdirbamumą pjovimu, tai iki šios

temperatūros aušinama kartu su krosnimi.

Normalizavimas. Pilkasis ketus normalizuojamas, kai jį norima sustiprinti. Ketus įkaitinamas

iki A1 + (50...70°C) temperatūros, kad įgautų austenitinę struktūrą, išlaikomas po valandą

kiekvieniems 25 mm liejinio sienel÷s storio ir aušinamas ramiame ore. Pilkojo ketaus austenizacijos

temperatūra priklauso nuo ketaus chemin÷s sud÷ties ir apytikriai apskaičiuojama pagal formulę

A1 = 730 + 28 . (%Si) – 25 . (%Mn), kurioje skaičiai reiškia laipsnius Celsijaus skal÷je.

Grūdinimas. Ketus iš pradžių kaitinamas l÷tai iki 500...600°C, nes jis yra trapus. Po to, kad

mažiau grafitizuotųsi perlitinis cementitas, kaitinama sparčiau iki A1 + (50...70°C) temperatūros, kol

pasiekiama ketaus austenitin÷ struktūra. Išlaikymo trukm÷ nuo 0,5...3 valandų. Ji priklauso nuo

gaminio storio ir nuo pradin÷s struktūros – feritinis ketus išlaikomas ilgiau už perlitinį. Aušinama

dažniausiai alyvoje. Legiruotasis pilkasis ketus gali būti aušinamas ir ore. Kadangi pilkasis ketus yra

trapus ir jautrus įtempimams, jį galima grūdinti ir karštose terp÷se. Šis būdas sukelia mažiausius

įtempimus. Pilkojo ketaus liejinys įkaitinamas iki 650°C temperatūros išlydytų druskų vonioje,

kurioje laikoma 5 minutes. Po to jis perkeliamas į 870°C išlydytų druskų vonią, kurioje išlaikomas 8

minutes. V÷liau 1 minutei paneriamas į 350°C išlydytų druskų vonią ir, kai liejinio temperatūra

susilygina su vonios temperatūra, ataušinamas ore iki kambario temperatūros Taip grūdinamas

gaminys mažiau susikraipo ir deformuojasi negu grūdinamas alyvoje.

Atleidimas. Būtina operacija po grūdinimo. Atleidžiant įkaitinama iki 200...500°C

temperatūros, išlaikoma maždaug 1 valandą kiekvieniems 25 mm liejinio sienel÷s storio ir aušinama

ore. Žemasis atleidimas (200...250°C) sumažina tik vidinius grūdinimo įtempimus ir beveik nekeičia

užgrūdinto ketaus kietumo. Aukštasis atleidimas (~500°C) ketaus kietumą sumažina iki ~300 HB.

Iki minimumo sumaž÷ja vidiniai grūdinimo įtempimai, padid÷ja plastiškumas ir smūginis tąsumas.

Tod÷l grūdinimas su aukštuoju atleidimu vadinamas gerinimu.

30

5. Terminio apdorojimo defektai

Šie defektai gali būti ištaisomi ir neištaisomi. Ištaisomi terminio apdorojimo defektai –

nepasiektos norimos metalo savyb÷s ir struktūra d÷l netikslios terminio apdorojimo technologijos.

Priežastys gali būti įvairios – pasirinktas netinkamas terminio apdorojimo būdas arba netinkami

režimai, išankstiniai metalo defektai, netikslūs arba blogai sureguliuoti matavimo prietaisai ir kt.

Ištaisomus terminio apdorojimo defektus galima panaikinti pakartotinai termiškai apdorojant

tiksliais režimais. Neištaisomieji defektai – tai anglies išdegimas metalo paviršiniame sluoksnyje

(nuangl÷jimas), plieno perdeginimas, gaminio įtrūkimas arba susikraipymas.

Apžvelgsime dažniausiai pasitaikančius terminio apdorojimo defektus.

Perkaitinimas. Įkaitinus plieną iki pernelyg aukštos temperatūros, jo struktūroje išauga

austenito grūdeliai. Tai vadinama perkaitinimu. Stambiagrūd÷ plieno struktūra yra nepakankamai

plastiška ir turi mažą smūginį tąsumą. Jeigu įkaitinimo temperatūra labai aukšta ir artima lydymosi

temperatūrai, tai austenito grūdelių paviršius oksiduojasi ir oksiduojasi grūdelių ribos. Toks

neištaisomas defektas vadinamas perdeginimu.

Cementitinis tinklelis. Anglinio poeutektoidinio plieno detalę įkaitinus iki aukštos

temperatūros (austenitin÷s būkl÷s) ir l÷tai aušinant, antrinis cementitas išsiskiria ties perlito grūdelių

ribomis. Tiriant tokio plieno mikrostruktūrą, ryškiai matomas cementitinis tinklelis. Toks plienas yra

trapesnis, nedidelio smūginio tąsumo, netinka grūdinimui. Cementitinį tinklelį galima panaikinti,

įkaitinus plieną iki aukštesn÷s negu Acm temperatūros ir ataušinus ore (normalizavimas) arba taikant

sferoidacinį atkaitinimą.

Paviršiaus oksidacija ir nuangl÷jimas. Ore kaitinamų plienų paviršius oksiduojasi ir

nuangl÷ja. Susioksidavus paviršiams, reikalingos papildomos darbo sąnaudos, nes reikia valyti

paviršius, šalinti nuodegas. Nuangl÷jimas – anglies kiekio sumaž÷jimas plieno viršutiniame

sluoksnyje. Labiausiai nuangl÷ja siliciu ir molibdenu legiruoti plienai. Anglies netekęs paviršius yra

neatsparus dilimui, nestiprus, tod÷l, jei jo mechaniškai pašalinti negalima, šis defektas laikomas

neištaisomu. Oksidaciją labiausiai skatina aplinkoje esantis deguonis, o išangl÷jimą – vandens garai

ir anglies dioksidas. Tod÷l plienus reik÷tų kaitinti apsaugin÷je inertinių dujų aplinkoje arba

vakuume.

Nepakankamas kietumas užgrūdinus. Nepakankamo kietumo priežastys yra šios: per žema

įkaitinimo temperatūra (struktūroje likę ferito), nepakankama kaitinimo trukm÷, per l÷tas aušinimas

(netinkama aušinimo terp÷), plieno nuangl÷jimas kaitinant, nenuvalytas susioksidavęs paviršius.

Blogai užgrūdintos detal÷s atkaitinamos ar normalizuojamos ir pakartotinai grūdinamos.

31

Terminio apdorojimo deformacijos. Grūdinant plieną aušinama labai greitai, tod÷l susidaro

dideli įtempimai. Kai jie didesni už tamprumo ribą, gaminys gali deformuotis – susikraipyti.

Daugiausia deformuojasi detal÷s, pagamintos iš anglinių plienų, nes jas grūdinant būtina staigiai

aušinti vandenyje. Labiau deformuojasi plienai, kuriuose yra daugiau anglies. Grūdinami legiruoti

plienai aušinami švelnesn÷se terp÷se, tod÷l jų deformacijos mažesn÷s. Termiškai apdorojamos

detal÷s susikraipo ne tik netolygiai aušinamos, bet ir netolygiai kaitinamos. Susikraipyti gali ir

neteisingai sukrauti į krosnį gaminiai. Kad gaminys nesusikraipytų, labai svarbu, kaip jis

panardinamas į aušinimo terpę. Tolygiausiai aušta tinkamai pamerktos j aušinimo terpę detal÷s:

cilindrinę detalę rekomenduojama panardinti vertikaliai, plokščią — briauna pirmyn. Negalima

plonų gaminių panardinti ilguoju paviršiumi arba plokštuma, nes jie susikraipo. Grūdinamos detal÷s

aušta netolygiai, kai aušinamos liečiasi tarpusavyje, kai detalių paviršiuje yra oksidų, kai aušinimo

terp÷je detal÷s laikomos repl÷mis. Susilietimo vietoje po grūdinimo dažniausiai lieka minkštų d÷mių.

Įtrūkimai. Jie gali atsirasti d÷l įvairių priežasčių. Gausiai legiruotose plienuose įtrūkimai gali

atsirasti kaitinant, nes šie plienai yra trapesni už anglinius plienus ir mažiau laidūs šilumai. Tokį

plieną rekomenduojama kaitinti dviem ar trimis etapais: iš pradžių l÷tai, kol pasidaro plastiškas

(mažiau legiruoti iki 500°C, gausiai legiruoti iki 750...800°C), o paskui didesniu greičiu. Įtrūkimai

dažniausiai atsiranda grūdinant, kai aušinamas įkaitintas plienas. Per staigiai aušinant susidaro dideli

temperatūrų skirtumai ir atsiranda įtempimai, didesni už stiprumo ribą, tod÷l gaminys įtrūksta.

Rekomenduojama gaminiui skirtą anglinį plieną pakeisti legiruotuoju, kad būtų galima grūdinti ne

vandenyje, bet l÷čiau aušinančioje alyvoje. Jei galima, rekomenduojama taikyti dviterpį grūdinimą –

„per vandenį į alyvą“. Įtrūkimai gali atsirasti ir d÷l netinkamos gaminių konstrukcijos –

nesuapvalinti kampai, staigiai pasikečiantis skerspjūvis, vietin÷s įdubos, pavyzdžiui, pleištų

grioveliai. Tokios vietos grūdinant turi būti užkemšamos asbestu arba moliu.

32

6. Metalų terminio apdorojimo įrenginiai

6.1. Įrengimų klasifikavimas

Metalų terminio apdorojimo cechų įrengimai skirstomi į pagrindinius technologinius

įrenginius ir pagalbinius įrenginius. Pagrindiniai įrenginiai: kaitinimo krosnys, indukcinio kaitinimo

įrengimai, įrenginiai, skirti ruošti apsauginę atmosferą, grūdinimo bakai ir kiti panašūs įrenginiai,

kuriais atliekamos pagrindin÷s terminio apdorojimo technologin÷s operacijos. Pagalbiniai įrenginiai:

lyginimo presai (hidrauliniai ar mechaniniai presai, skirti plokščių detalių formai atstatyti po

terminio apdirbimo bei plovimo), valymo įrenginiai ir kontrol÷s-matavimo priemon÷s.

Kaitinimo krosnys klasifikuojamos pagal šiuos požymius:

1. Pagal technologinius požymius:

• universalios krosnys atkaitinimui, žemam ir aukštam atleidimui, grūdinimui,

normalizavimui ir metalų termocheminiam apdirbimui (įanglinimas, azotinimas,

cianavimas)

• specialios paskirties krosnys, gaminamos konkretiems terminio apdirbimo

procesams, labai didelio našumo ir pritaikytos vieno tipo detal÷ms.

2. Pagal terminio apdirbimo procesų maksimalią darbinę temperatūrą:

• žemos temperatūros krosnys (iki 500°C),

• vidutin÷s temperatūros krosnys (iki 1000°C),

• aukštos temperatūros krosnys (iki 1400°C).

3. Pagal detalių pakrovimo ir iškrovimo iš krosnies būdą :

• krosnys su ištraukiamu padu,

• krosnys su nejudamu padu,

• elevatorin÷s krosnys,

• kamerin÷s krosnys,

• daugiakamerin÷s krosnys,

• šachtin÷s (vertikalios) krosnys,

• karuselin÷s krosnys,

• konvejerin÷s, rolgangin÷s, stūmimo, nepertraukiamo veikimo krosnys.

33

4. Pagal šilumos šaltinį:

• dujin÷s,

• elektrin÷s,

• kaitinimui aukšto dažnio srov÷mis.

5. Pagal kaitinimo aplinką:

• kaitinimo procesas atliekamas atmosferos oro aplinkoje,

• kaitinimo procesas atliekamas apsaugin÷je aplinkoje ( inertinių dujų aplinkoje),

• kaitinimo procesas atliekamas vakuumo aplinkoje,

• kaitinimas atliekamas druskų voniose.

Esant detalių terminio apdirbimo poreikiui, visada yra galimyb÷ pasirinkti konkrečiam atvejui

optimaliai tinkantį įrenginį. Įkaitinimo būdo pasirinkimas konkrečiam terminio apdorojimo procesui

yra labai svarbus momentas. Pasirenkant įkaitinimo būdą vadovaujamasi šiais kriterijais:

1. kaitinimo kokyb÷ turi garantuoti gaminio konstruktorin÷s – normatyvin÷s dokumentacijos

reikalavimus.

2. kaitinimo būdas turi santykinai minimaliai naudoti energetinius išteklius ir maksimaliai

optimaliai būtų pritaikytas prie viso detal÷s gamybos technologinio proceso.

Gamyboje naudojamos krosnys turi eilę aukščiau išvardytų požymių kombinaciją.

6.2. Terminio apdorojimo nepertraukiamo veikimo konvejerinio tipo krosnys

Automobilių gamybos pramon÷je dažnai būna poreikis termiškai apdoroti didelius kiekius

detalių. Detalių svoriai ir geometriniai matmenys gali būti įvairūs – nuo kelių dešimčių gramų iki

100 ir daugiau kilogramų, o termiškai apdoroti kiekiai - nuo kelių šimtų kilogramų per valandą iki

kelių tonų per valandą. Terminio apdorojimo konvejerinio tipo krosnys visada būna nepertraukiamo

veikimo, dažniausiai įjungiamos į kitų technologinių įrengimų grandinę ir dirba automatiniame

cikle. Šiose krosnyse daromi praktiškai visi terminio ir termocheminio apdorojimo procesai.

Nepertraukiamo veikimo krosnyse terminiai procesai gali būtim atliekami tiek oro, tiek ir

apsaugin÷je atmosferoje. Detal÷s kaitinamos naudojant elektros energiją arba deginant dujas. Tokio

tipo krosnys visada gaminamos pagal specialius užsakymus ir būna pritaikytos konkrečioms

detal÷ms termiškai apdoroti. Visose nepertraukiamo veikimo krosnyse terminio apdorojimo

technologinis procesas vyksta pagal užduotą detalių jud÷jimo ir terminio proceso programą.

34

Priklausomai nuo detal÷s transportavimo krosnies viduje būdo, nepertraukiamo veikimo

konvejerinio tipo krosnys gali būti skirstomos į:

• konvejerines,

• rolgangines,

• stūmimo.

Konvejerin÷ krosnis, turinti pintą konvejerinę juostą, pagamintą iš karščiui atsparaus plieno

pavaizduota 6.1 pav. Tokio tipo krosnių konvejeriai gali būti nuo 0,2 m iki 1,5 m pločio, jų našumas

6.1 pav. Konvejerin÷ krosnis su pinta juosta.

iki 3000 kg per valandą, darbin÷ temperatūra iki 1100°C. Dažniausiai naudojamos nedidelių detalių,

kurių svoris iki 50kg terminiam apdorojimui. Šios krosnys dažniausiai dirba su apsaugine atmosfera

visiškai automatizuotame režime. Pakrovimo zonoje detal÷s dedamos ant konvejerin÷s juostos ir

toliau juda kartu su juosta per visą krosnį. Šiose krosnyse galimi šie terminio apdorojimo procesai:

atkaitinimas, normalizavimas, grūdinimas, atleidimas, termocheminiai procesai.

Konvejerin÷s krosnys, turinčios juostą, pagamintą iš lietų ar suvirintų plokštelių, pavaizduotos

6.2 pav.

6.2 pav. Konvejerin÷ krosnis su lietų plokštelių konvejeriu

35

Šios krosnys analogiškos krosnims, turinčioms pintą konvejerinę juostą, bet turi keletą

privalumų:

• juosta iš lietų tarpusavyje sujungtų plokštelių tarnauja nepalyginti ilgiau negu pinta.

• šitos juostos darbo metu praktiškai nesideformuoja, galima apdirbti detales, kurių

svoris iki 100 kg.

Rolgangin÷se krosnyse detal÷s juda ant besisukančių atitinkamo skersmens rolgangų

(cilindrinių ritin÷lių) sistemos (6.3 pav.).

6.3 pav. Rolgangin÷s nepertraukiamo veikimo krosnys

Didesn÷s detal÷s dedamos tiesiai ant rolgangų, mažesn÷s (pvz., guolių detal÷s) dedamos į

specialius krepšius. Krepšiai ir rolgangai gaminami iš karščiui atsparių plienų. Sukamas judesys

rolgangams suteikiamas per grandinę. Rolgangų guoliaviet÷s yra išorin÷je korpuso dalyje. Tokio

tipo krosnyse daugiausia atliekami šie terminio apdorojimo procesai: atkaitinimas, normalizavimas,

grūdinimas, atleidimas. Šios krosnys dažniausiai naudojamos didel÷ms detal÷ms, kurių svoris nuo

10 iki 100kg apdoroti. Su jomis galima termiškai apdoroti nuo 700 iki 5000 kg detalių per valandą.

Stūmimo tipo krosnys yra vienos iš optimaliai tinkamų terminiam apdorojimui masin÷je

gamyboje. Vienas iš didesnių šių krosnių privalumų yra tai, kad jos gali būti laužytos konfigūracijos,

t.y. atskiros krosnies zonos gali būti ne vienoje linijoje. Tai leidžia optimaliai išnaudoti gamybinius

plotus. Pvz., konvejerinių ar rolganginių krosnių ilgis dažniausiai viršija 20 m ir visi krosnies

elementai būna išd÷styti vienoje linijoje. Kitas didelis privalumas – atskirose krosnies zonose galima

tur÷ti skirtingus detalių jud÷jimo greičius, kadangi kiekviena zona gali tur÷ti atskirus hidraulinius

cilindrus, kurie ir suteikia judesį krosnyje esančioms detal÷ms. Visi procesai yra automatiškai

valdomi ir programuojami. Tokios stūmimo konvejerinio tipo krosnys daugiausiai yra naudojamos

36

atliekant kaitinimo procesus atkaitinimui, normalizavimui, grūdinimui ir nedidelių gabaritų plieninių

detalių kontroliuojamam aušinimui masin÷s gamybos metu natūralioje ar apsaugin÷je aplinkoje,

pasiekiant temperatūrą iki 1100°C. 6.5 pav. pavaizduota stūmimo principu veikiančios krosnies

schema. Ši krosnis skirta atkaitinti detal÷ms pagal užduotą temperatūrinį režimą. Detal÷s krosnyje

juda sukrautos ant specialių pad÷klų. Programiškai nustatomas detalių kaitinimo greitis, išlaikymo

laikas ir aušinimo iki 350°C greitis. Leidžiama ne didesn÷ kaip 10°C laipsnių paklaida nuo užduoto

režimo. Apdirbamų detalių kiekis 400 kg per valandą.

6.4 pav. pavaizduota terminio apdorojimo režimų diagrama, pagal kurią dirba krosnis ir kurios

faktines reikšmes proceso metu galime matyti krosnies valdymo pulto ekrane. M÷lyna linija – tai

programiškai užduota temperatūros kitimo kreiv÷, žalia – tai faktiška temperatūra nurodytu laiko

momentu, raudona rodo naudojamą kaitinimo galingumą kiekvienu laiko momentu.

SV, t [C] PV, t [C] MV (Heat)

19:00.0018:30.0018:00.0017:30.0017:00.0016:30.0016:00.0015:30.0015:00.0014:30.0014:00.0013:30.0013:00.0012:30.0012:00.0011:30.0011:00.0010:30.0010:00.0009:30.0009:00.00

900.0

850.0

800.0

750.0

700.0

650.0

600.0

550.0

500.0

450.0

400.0

350.0

300.0

250.0

200.0

150.0

100.0

50.0

0.0

-50.0

6.4 pav. Terminio apdorojimo režimų diagrama, pagal kurią dirba stūmimo nepertraukiamo veikimo

krosnis

Matome, kad kontroliuojamu greičiu aušinimo zonoje turime nežymų nukrypimą nuo užduotos

temperatūros.

37

Pakrovimo zona Įkaitinimo ir išlaikymo Kontroliuojamo aušinimo Greito aušinimo zona zona zona

6.5 pav. Stūmimo nepertraukiamo veikimo krosnis

6.6 pav. Stūmimo nepertraukiamo veikimo krosnis, esanti Marijampol÷je UAB „Peer industries”.

38

Pad÷klų su detal÷mis pakrovimas į krosnį ir iškrovimas iš jos vyksta automatiškai. Pad÷klai su

detal÷mis rankiniu būdu uždedamos ant pakrovimo stalo ir rankiniu būdu nuimamos nuo nukrovimo

stalo. Visas darbinis ciklas yra visiškai kontroliuojamas pagal pasirinktą programą. Krosnies

konstrukcija užtikrina:

• sukrautų ant pad÷klų detalių įvežimą ir išvežimą krosnies,

• įkrovos įkaitinimą pasiekiant atkaitinimo temperatūrą 880°C,

• temperatūros palaikymą proceso metu,

• kontroliuojamą įkrovos aušinimą iki 350 °C.

Krosnies darbinis režimas ir kiti parametrai yra sukonstruoti pad÷klams, kurių matmenys yra

610x610x460 mm. Į šios pad÷klus, matomus 6.6 pav. pirmame plane, sukraunamos detal÷s.

Krosnies konstrukciją sudaro:

• plieninis apvalkalas,

• termin÷ medžiaga/izoliacija,

• elektrin÷ kaitinimo sistema,

• oro maišytuvai,

• įkrovos stūmimo sistema,

• kontroliuojama aušinimo sistema,

• greito aušinimo kamera,

• termin÷s durys,

• hidraulin÷ sistema,

• kontroliuojama atšaldymo sistema vandeniu,

• ratukinis pakrovimo stalas,

• pad÷klų įvežimo į krosnį sistema,

• pad÷klų išvežimo iš krosnies sistema,

• kontrol÷s spinta.

Krosnies apvalkalas

Krosnies apvalkalas yra sukonstruotas iš anglinio plieno lakštų, surinktas iš atskirų sekcijų.

Krosnies apvalkalo viduje įtaisyti temperatūros sensoriai ir visa kaitinimo sistema.

Termin÷ medžiaga/izoliacija

Vidin÷s apvalkalo sienos, lubos ir durys yra termiškai izoliuotos, kad krosnis atlaikytų aukštą

kaitinimo temperatūrą. Izoliacin÷ medžiaga krosniai suteikia puikią izoliaciją ir aukštą terminį

efektyvumą. Įkrovos laikikliai krosnies viduje yra pagaminti iš aukštai temperatūrai, d÷v÷jimuisi bei

39

kitiems mechaniniams pažeidimams atsparios medžiagos. Palikta erdv÷ po laikikliais ir pad÷klais

garantuoja gerą oro cirkuliaciją krosnies viduje.

Pakrovimo mechanizmas ir pakrovimo stalas.

Pakrovimo mechanizmas leidžia automatiškai įvažiuoti pad÷klams su detal÷mis į krosnies

kamerą. Detal÷s yra pakraunamos ant pad÷klų ir pad÷klas padedamas ant pakrovimo stalo. Po to

įkrova yra įstumiama į krosnies kamerą panaudojant hidraulinį cilindrą. Pasibaigus pakrovimo

procesui, stūmoklinis cilindras grįžta į pradinę poziciją.

Kaitinimo sistema.

Krosnies kaitinimo elementai, pagaminti iš apvalios Kanthal AF vielos, yra išskirstyti

įkaitinimo sekcijoje į dvi zonas, išlaikymo zonoje - į tris ir trys yra kontroliuojamoje atšaldymo

zonoje. D÷l tokio įkaitinimo elementų pozicionavimo yra pasiekiama vienoda temperatūra. Proceso

metu elementai įkaitinimo zoną ir joje esantį pad÷klą su detal÷mis įkaitina iki 880°C. Kaitinimo

elementai išlaikymo zonoje užtikrina ir palaiko pastovų temperatūros lygį. Kaitinimo elementai

kontroliuojamoje atšaldymo zonoje yra naudojami užtikrinti užduotą aušinimo greitį.

Oro maišytuvai

Oro maišytuvai reikalingi tam, kad visose kameros vietose gautume vienodą temperatūrą.

Krosnies lubose yra sumontuota 11 oro maišytuvų (trijų skirtingų tipų kiekvienoje kameroje).

Kiekvienas maišytuvas skirtas atskirai kaitinimo zonai. Oro maišytuvus galima sukonstruoti ir

išmontuoti neįeinant į krosnies kamerą. Jų guoliai yra aušinami vandeniu, o vanduo yra sujungtas su

vandens atšaldymo sistema. Ventiliatoriaus ment÷s yra įmontuotos kontroliuojamoje aušinimo

zonoje, kad paskirstytų oro srautus ir visoje kameroje suvienodintų temperatūrą.

Įkrovos stūmimo sistema

Hidraulin÷ įkrovos stūmimo sistema sudaryta iš keturių hidraulinių cilindrų su reikiamais

ilgiais ir skirtingais maitinimo šaltiniais. Cilindrai yra prijungti prie pagrindin÷s hidraulin÷s stotel÷s.

Automatizuota kontrol÷s sistema įstumia pad÷klą su detal÷mis į krosnį ir visą laiką yra

kontroliuojama procesoriaus. Įstūmimo proceso metu hidraulin÷ stotel÷ dirba tik su vienu cilindru.

Ši sistema taip pat turi jungiklius, kurie nustato ir kontroliuoja įstūmimo ilgį.

Greito aušinimo kamera

Greito aušinimo kamera su išoriniu vandens gaubtu yra naudojama įkrovai aušinti sumažinant

temperatūrą nuo 350°C iki 50°C ir rankinio iškrovimo paruošimui. Aušinimo kamera yra suskirstyta

į 3 zonas. Termostatai ir termometrai kontroliuoja kiekvieną zoną, kad sumažintų vandens

sunaudojimą ir optimizuotų aušinimo ciklus. Aušinimo kamera turi dvigubas sienas, tarp kurių

cirkuliuoja vanduo.

40

Krosnies durys

Kiekvienos krosnies zonos gale yra įmontuotos hidrauliškai veikiančios plienin÷s termiškai

izoliuotos durys. Jos sumažina karščio praradimą ir atskiria aušinimo zoną nuo kaitinimo zonos.

Durys užsidaro prasid÷jus procesui ir atsidaro, kai įkrova jau yra išvežama iš krosnies. Durų

atidarymas yra kontroliuojamas kompiuterinio procesoriaus.

Hidraulin÷ sistema

Hidrauline sistema paduoda aukšto sl÷gio alyvą į stūmoklinius ir durų cilindrus. Hidraulin÷

sistema sudaryta iš vamzdynų, lanksčių vamzdžių, jungiklių ir prie krosnies apvalkalo tvirtinamų

kronšteinų

Vandens sistema

Vandens sistema paduoda šaltą vandenį į greito aušinimo kameros aušinimo vandeniu gaubtą ir

oro maišytuvų guolius. Visa sistema sudaryta iš vamzdynų, jungiklių.

Krosnies darbo aprašymas

Detal÷s ant pad÷klų yra įvežamos į krosnies pakaitinimo kamerą naudojant pakrovimo

mechanizmą. Kaitinimo kameros durys automatiškai atsidaro ir pad÷klas yra įstumiamas į krosnies

kamerą. Po to hidraulinis cilindras grįžta į pradinę pad÷tį ir durys užsidaro. Iš įkaitinimo zonos

įkrova yra įstumiama į išlaikymo zoną (čia vyksta pasiektos temperatūros visuose įkrovos detalių

skerspjūviuose suvienodinimo procesas), kuri yra vienoje linijoje su įkaitinimo zona. Išlaikymo zona

yra suskirstyta į tris kaitinimo zonas, kurios turi du oro maišytuvus. Iš įkaitinimo zonos pad÷klai su

detal÷mis mechaniniu stūmokliu, kuris juda viena kryptimi tarp įkaitinimo ir išlaikymo zonų, yra

įstumiami į išlaikymo zoną,. Po to specialios grandin÷s su kabliu įtraukia pad÷klą į kontroliuojamą

aušinimo zoną.

Atsidarius durims tarp išlaikymo ir aušinimo zonų, pad÷klas įstumiamas į kontroliuojamą

aušinimo zoną, ir durys užsidaro. Šios durys atskiria kaitinimo ir aušinimo aplinką kameros viduje,

tod÷l įkaitinimo zona nedaro jokios įtakos vykstantiems procesams ir gaunami geri aušinimo

parametrai.

Hidraulinis cilindras, įmontuotas priekin÷je kontroliuojamos aušinimo zonos sienoje, įstumia

šešis pad÷klus į kontroliuojamą aušinimo zoną. Kontroliuojama aušinimo zona yra suskirstyta dar į

tris zonas su šešiais atskirais oro maišytuvais. Šios zonos viduje yra įtaisytos oro ventiliatorių

ment÷s, kaitinimo elementai ir aušinimo sistema. Kaitinimo elementai pakaitina tuščią kamerą prieš

pradedant krosnies atšaldymo procesą. Aušinimo kamera sukonstruota palaikyti (atsižvelgiant į

sąlygas) aušinimo greitį 150-200°C/val. Ataušinta iki 350°C įkrova mechaniniu stūmokliu yra

transportuojama į greito aušinimo kamerą. Pirmiausiai atsidaro durys tarp kontroliuojamos aušinimo

41

zonos ir greito aušinimo kameros, tada pad÷klas įstumiamas į greito aušinimo kamerą ir durys

užsidaro. Šioje kameroje įkrova atšaldoma nuo 350°C iki 50°C. Iš greito aušinimo zonos hidrauliniu

trauktuvu detal÷s su pad÷klu ištraukiamos ant ratukinio stalo. Pad÷klas nuimamas nuo stalo, detal÷s

iškraunamos, o pad÷klai perkeliami į pakrovimo zoną, esančią krosnies priekyje.

Kaitinimo temperatūra yra matuojama kiekvienoje kaitinimo zonoje naudojant termoporas.

Kiekvienoje zonoje taip pat yra įmontuota temperatūros termoelementų saugos sistema (kaitinimo

elementams pasiekus neleistinai aukštą temperatūrą, jie yra atjungiami ir taip apsaugomi nuo

perkaitimo). Temperatūra kiekvienoje kaitinimo zonoje yra kontroliuojama naudojant

programuojamą procesorių ir temperatūros reguliatorius. Kaitinimo proceso metu temperatūra yra

užrašoma tik skydelio panel÷je ir išoriniame kompiuteryje, kuris prijungtas prie išorines jungties,

leidžiančios steb÷ti krosnies darbą internete. Galimas procesų parametrų (tokių kaip temperatūra

kiekvienoje kaitinimo zonoje, aušinimo greičio grafikai, proceso pradžios ir pabaigos laikas,

pad÷klų numeriai) atspausdinimas iš kompiuterio. Aliarmo signalus ir klaidas, atsiradusias krosnies

veikimo metu, taip pat galima atsispausdinti.

Krosnies veiksmus ir kontrol÷s procesus priima PLC valdiklis. Krosnis dirba, kai įkrovos

pakrovimas veikia automatiškai pagal nustatytą programą. Krosnies darbo režimas baigiasi su

iškrovimo signalu. Krosnies kameros temperatūros kontrol÷ vykdoma naudojant procesorių PLC.

Saugos lokauto sistema su optiniu ir akustiniu aliarmu parodo vandens aušinimo klaidą, per aukštą

temperatūrą zonoje, kaitinimo elementų klaidą, hidraulin÷s stotel÷s arba hidraulinio cilindro klaidą.

Visos iškilusios klaidos ir pavojai yra pranešamos naudojant garsinius ir optinius signalus bei

pateikiamos procesų skydelyje, kuris yra kontrol÷s spintos duryse. Kontrol÷s spinta reikalinga

užtikrinti saugumui, tiksliam krosnies bei kitų mechanizmų veikimui ir procesų kontrolei. Spintoje

įmontuotos šios matavimo, reguliavimo, registravimo ir kontrol÷s priemon÷s:

• pagrindinis įjungimo-išjungimo jungiklis,

• kaitinimo elementų energijos šaltinio tiristorio kontrolierius,

• PLC – programuojama kompiuterin÷ sistema,

• veiksmus rodantis skydelis,

• saugios temperatūros reguliatorius,

• aušinimo ventiliatorių dažnumą matuojantys kontrolieriai.

Ant priekinių durelių yra įmontuoti procesus rodantis skydelis, amperai ir voltmetrai, jungiklio

ir kontrol÷s mygtukai. Atidarius spintos priekines duris, galima laisvai prieiti prie visų kontrol÷s

spintoje įtaisytų elementų.

42

6.3. Vakuumin÷s terminio apdorojimo krosnys

Nors vakuumin÷s aplinkos sukūrimo principai yra žinomi jau daugiau nei 300 metų, tačiau

pramonin÷se terminio apdorojimo krosnyse šis principas prad÷tas taikyti tik nuo 1950 metų.

Vakuumin÷s terminio apdorojimo krosnių naudojimo sritys:

• atleidimas,

• grūdinimas,

• įanglinimas (cementavimas) ir kt. termocheminiai metalo apdirbimo procesai,

• litavimas kietaisiais lydmetaliais.

Kadangi šiuolaikin÷s vakuuminio kaitinimo krosnių sistemos užtikrina švarų kaitinimo

procesą, lankstumą, efektyvumą, saugumą ir procesų kontrolę siekiant užduotų reikalavimų, šiuo

metu atsiranda vis naujos vakuuminio kaitinimo pritaikymo sritys ir šių įrenginių rinka toliau

s÷kmingai auga. Vakuumin÷s krosnys yra naudojamos įvairiose pramon÷s šakose kaitinimu apdirbti

metalus arba kitas specialias medžiagas švarioje, neužterštoje aplinkoje. Mašinų gamyboje

vakuumin÷s krosnys dažniausiai naudojamos technologin÷s įrangos detalių grūdinimui ir detalių

litavimui kietaisiais lydmetaliais.

Visos vakuumin÷s kaitinimo krosnys – tai atskirų įrenginių sistema ir sudarytos iš:

• vakuumin÷s kameros,

• kaitinimo zonos,

• energijos padavimo įrenginio,

• vakuuminių siurblių sistemos,

• programuojamų kontrol÷s ir valdymo sistemų.

Vakuumin÷s krosnies darbo procesas yra toks: paruoštos detal÷s yra pakraunamos į krosnies

kaitinimo kamerą ir vakuuminiais siurbliais iš kaitinimo kameros yra išsiurbiamas oras. Elektriniai

elementai įkaitina vidinę kamerą iki iš anksto užduotos temperatūros. Dažniausiai naudojamas

temperatūrų intervalas – 150...1350°C. Įkaitinimo laikas, greitis ir temperatūra yra nesud÷tingai

programiškai valdomi. Pasibaigus užduotam kaitinimo ciklui, į kaitinimo kamerą specialiu

ventiliatoriumi įpučiamas inertinių dujų mišinys, kad detal÷s būtų atšaldytos iki reikiamos

temperatūros. Aušinimas inertinių dujų mišiniu naudojamas tod÷l, kad ant detalių paviršių

nesusidarytų nuodegos. Ataušinus detales iki užduotos temperatūros, detal÷s yra išimamos iš

krosnies ir procesas pradedamas iš naujo.

43

Pagal savo konstrukcinius ypatumus vakuumin÷s krosnys yra skirstomos į horizontalias,

vertikalias ir elevatorines.

Horizontaliose vakuumin÷se krosnyse (6.7 pav.) kaitinimo kamera yra horizontali, tod÷l

detal÷s į kamerą yra įkraunamos atidarius krosnies galinį dangtį. Šios krosnys yra dažniausiai

naudojamos mažų gabaritų ir įvairių formų detalių bei nedidelių partijų terminiam apdorojimui.

Tokio tipo krosnys yra dažnai naudojamos technologin÷s įrangos gamyboje.

6.7 pav. Horizontali vakuumin÷ kaitinimo krosnis 6.8 pav. Vertikali vakuumin÷ kaitinimo

krosnis

6.9 pav. Elevatorin÷ vakuuminio kaitinimo krosnis

44

Tais atvejais, kada reikia efektyviai išnaudoti gamybinius plotus arba termiškai apdoroti ilgas

velenų tipo detales, yra naudojamos vertikalios konstrukcijos vakuumin÷s krosnys (6.8 pav.).

Detal÷s į tokią krosnį yra įkraunamos per kameros viršų ir pakabinamos vertikaliai. Tačiau tada

kaitinimo proceso metu ilgų detalių formos minimaliai deformuojasi.

Elevatorin÷s vertikalios konstrukcijos krosnys (6.9 pav.) dažniausiai naudojamos didesnių

gabaritų detal÷ms. Detal÷s yra paduodamos į kaitinimo kamerą iš pakrovimo zonos, kuri yra

apatin÷je krosnies dalyje. Elektromechanin÷ pavara stumia detal÷s viena kryptimi tik į priekį, tod÷l

detal÷s, esančios kaitinimo kameroje, netrukdo paruošti naują įkrovą. Šios krosnys turi atskirą

detalių iškrovimo zoną, iš kurios jos gali pakliūti tiesiai į kitą terminio apdorojimo procesą arba

tarpoperacinio transportavimo tarą.

Vakuuminių horizontalios konstrukcijos krosnių (6.10 pav.) kamerų sienos gali tur÷ti vandens

aušinimą arba jo netur÷ti. Vakuumin÷se krosnyse, kurių sienos yra aušinamos vandeniu, tarp vidin÷s

kameros sienos šilumin÷s izoliacijos sluoksnių ir išorin÷s sienos paviršiaus cirkuliuoja vanduo.

Cirkuliuojantis vanduo atšaldo kameros išorines sienas ir krosnies vidin÷ aukšta temperatūra

neveikia išorin÷s aplinkos.

6.10 pav. Vakuumin÷s horizontalios kaitinimo krosnies pagrindiniai konstrukciniai elementai

6.11 pav. pavaizduotas vakuumo sukūrimo įrenginys. Tokio tipo vakuuminio įrenginio

vakuuminio siurblių valdymo sistema autonomiškai, be operatoriaus įsikišimo, reguliuoja atskirų

siurblių darbo eiliškumą ir trukmę. Vakuumin÷se sistemose su mechaniniais siurbliais sukuriamas

vakuumas iki 10³ bar. Pradžioje iš kameros orą siurbia vienas rotorinis – stūmoklinis siurblys.

V÷liau papildomai įsijungia “Root‘s” tipo orapūt÷. Dirbant abiems siurbliams pasiekiamas iki 10³

bar vakuumas. Žemesnio sl÷gio mechaniniai siurbliai nesukuria. Tuomet į siurblių grandinę

45

jungiami difuziniai siurbliai. Difuzinis siurblys – tai cilindrin÷ talpa, į kurią patalpintas kita talpa

(boileris) su alyva. Boileryje alyva yra kaitinama ir jos garai kyla į boilerio viršutinę dalį, kur

purkštukais garai labai dideliu greičiu išpurškiami žemyn į cilindrinę talpą. Alyvos garų srauto

molekul÷s susiduria su dujų molekul÷mis ir garų srautas išsiurbia dujų molekules iš viršutin÷s

cilindro talpos dalies. Taip sukuriamas papildomas vakuumas. Alyvos srauto garai kondensuojasi

ant cilindro sienelių ir siurbliu grąžinami atgal į boilerį. Palaikantis siurblys iš apatin÷s cilindro

dalies išsiurbia dujas. Vakuumin÷se sistemose, kurios papildomai turi difuzinius siurblius, kaitinimo

kameroje sukuriamas vakuumas iki 106 bar.

6.11 pav. Vakuumo sukūrimo įrenginio pagrindin÷s sud÷tin÷s dalys

1 2 3 4 5

1- išorinis apvalkalas; 2- stipruminis karkasas; 3- padas pad÷ti įkrovai, 4 - kaitinimo elementai; 5- vidinis karštos zonos

apvalkalas.

6.12 pav. Vakuumin÷s krosnies kaitinimo kameros konstrukcija

46

Vakuumin÷s krosnies vidin÷s kaitinimo zonos vidinis apvalkalas (6.12 pav.) gali būti

pagamintas iš metalinio lakšto (karščiui atsparaus nerūdijančio plieno, kuris padengtas dažniausiai

molibdeno reflektoriniu sluoksniu) arba grafitinio pluošto. Kaitinimo elementai gali būti grafitiniai

arba metaliniai.

Grafitiniai kaitinimo elementai (6.13-6.15 pav.) dažniausiai yra naudojami gauti aukštoms

temperatūroms (iki 2200°C), kadangi jie yra atsparūs oksidacijai ir aukštose temperatūrose nekeičia

savo geometrinių matmenų. Grafitinių kaitinimo elementų forma dažniausiai būna plokštelin÷,

lankin÷ arba strypin÷.

6.13 pav. Grafitiniai strypiniai 6.14 pav. Grafitiniai plokšteliniai 6.15 pav. Grafitiniai strypiniai

elementai elementai elementai

Metaliniai kaitinimo elementai (6.16-6.17 pav.) gaminami iš Mo, W, Ni, Cr ir geležies

lydinių ir gali būti strypo arba plačių juostų formos. Tokie elementai dažniausiai naudojami

krosnyse, kurių darbin÷ temperatūra iki 1300°C

6.16 pav. Metaliniai strypiniai elementai 6.17 pav. Metaliniai juostiniai elementai

Energijos padavimo kontrol÷s bei valdymo sistema – tai metalin÷ spinta (6.18 pav.), kurioje

yra įmontuoti elektros energijos padavimo į krosnį įrenginiai bei kontrol÷s ir valdymo elementai.

47

6.18 pav. Procesų kontrol÷s ir valdymo spinta

Kontrol÷s ir valdymo sistema:

- Standartiniai valdikliai PLC

(Programmable Logic Controler)

tipo ir pramoninio kompiuterio

procesoriaus IC (Industrial

Computer).

- Krosnies operacijų seka yra

valdoma ir kontroliuojama iš

PLC.

- IC yra naudojamas procesų

sekai nustatyti, duomenim

saugoti, įvairių procesų

programoms sudaryti ir joms

pakeisti.

- Operacijų panel÷je yra ekranas,

kuris leidžia greitai ir tiksliai

pamatyti krosnyje vykstančių

technologinių procesų parametrus

bei juos kontroliuoti.

Vakuuminio grūdinimo krosnis sudaryta iš vakuumo sukūrimo sistemos, kaitinimo kameros,

šaldymo kameros ir procesų valdymo sistemos. Dažniausiai naudojamos dviejų arba trijų kamerų

vakuumin÷s grūdinimo krosnys. Dviejų kamerų vakuumin÷ krosnis sudaryta iš vakuumin÷s

kaitinimo kameros ir šaldymo dujų srautu vakuumin÷s kameros. Tokia vakuuminio grūdinimo

krosnis yra naudojama legiruotiems plienams, kurie reikalauja santykinai mažesnio aušinimo

greičio, grūdinti. Vakuuminio grūdinimo įrenginiuose naudojamos kaitinimo kameros tiek su

grafitine, tiek ir su metaline kaitinimo zona. Darbin÷ kaitinimo kamerų temperatūra dažniausiai būna

iki 1400°C. Vakuuminių siurblių sistema kaitinimo kameroje ir šaldymo kameroje sukuria vakuumą

iki 10³ bar. Grūdinimas vyksta šaldymo kameroje, kurioje įkaitinta detal÷ yra apipučiama suspaustų

inertinių dujų srautu. Įkaitintų detalių aušinimo procesas yra vienas iš svarbiausių grūdinimo

proceso momentų. Šiuo metu pastebima tendencija įkaitintų detalių aušinimą skysčiuose keisti

aušinimu suspaustų inertinių dujų srautu. Dujos yra pasirenkamos atsižvelgiant į reikalingą aušinimo

greitį ir kainą. 6.19 pav. pavaizduotas santykinis atšaldymo greičio ir kaštų palyginimas.

48

0

2

4

6

8

10

12

Helio Azoto Argono

Atšaladymo greitis

Atšaldymo kaštai

6.19 pav. Santykinio atšaldymo greičio ir kaštų palyginimo grafikas

Grafikas parodo, kad helio aušinimo greitis yra du kartus didesnis nei azoto, tačiau

atšaldymo kaštai net 11,8 kartų didesni. Tod÷l praktikoje dažniausiai yra naudojamos azoto dujos.

Atšaldymo procesą grūdinimo metu nulemia šie faktoriai:

• plienų įgrūdinamumo savyb÷s ir legiravimo laipsnis,

• vienodų aušinimo sąlygų visoms detal÷ms, esančioms aušinimo kameroje sudarymas,

• minimalus temperatūrų skirtumas aušinamojoje detal÷je.

Laikantis min÷tų sąlygų, detal÷se susiformuoja vienoda martensitin÷ struktūra, turinti

minimalius defektus. Keičiant aušinimo dujų sl÷gio bei pratekančio dujų srauto kiekio dydžius,

galima pasirinkti reikiamą aušimo greitį ir gauti geriausius grūdinimo rezultatus. Vienodas

aušinimas gaunamas apipučiant atšaldomą detalę dujų srautu iš visų pusių.

Dažniausiai pasitaikantys dujų srauto krypčių formavimo šaldymo kameroje konstrukciniai

sprendimai pavaizduoti 6.20 pav. Žinodami norimos termiškai apdoroti medžiagos cheminę sud÷tį

pagal techniniuose žinynuose nurodytus grafikus galime pasirinkti terminio apdorojimo režimus.

Priklausomai nuo norimo gauti rezultato pasirenkamas įkaitinimo greitis, kaitinimo trukm÷,

kaitinimo ir aušinimo terp÷s.

49

6.20 pav. Galimos dujų srautų kryptys aušinimo kameroje

Pasirenkant įkaitinimo laiką reikia atsižvelgti į detalių geometrinius matmenis. Norint gauti

geriausius rezultatus, kaitinant reikia pasiekti maksimalų įkaitinimo greitį ir vienodą temperatūrą

visose detal÷s skerspjūviuose. Paprastai laikoma, kad per 1 minutę perkaista apie 1mm medžiagos.

Pasiekus nustatytą temperatūrą, kad visuose detal÷s skerspjūviuose temperatūra suvienod÷tų, reikia

nemažiau kaip 1 valandą detalę išlaikyti įkaitinimo temperatūroje. Įkaitinimo greičio ir aušinimo

greičio priklausomyb÷ nuo geometrinių matmenų pavaizduota 6.21 pav. Aušinimas atliekamas prie

20 bar dujų srauto sl÷gio, o temperatūrų reikšm÷s nurodytos detal÷s viduryje.

50

6.21 pav. Temperatūros pasiskirstymo priklausomyb÷ nuo detal÷s geometrinių matmenų

Paprastai atšaldymo metu į šaldymo kamerą yra įpučiamos dujos, suspaustos nuo 10 iki 30

bar. 6.22 pav. yra parodyta aušinimo greičio priklausomyb÷ nuo dujų srauto sl÷gio apipučiant detalę,

kurios geometriniai matmenys 150x150 mm. Didžiausias aušinimo greitis yra pasiekiamas, kai dujų

srauto sl÷gis 30 bar.

6.22 pav. Aušinimo greičio priklausomyb÷ nuo aušinamo dujų sl÷gio

Parenkant aušinimo režimo laiką, būtina atsižvelgti į detalių geometrinius matmenis. Kuo

didesni detal÷s geometriniai matmenys, tuo ilgesnis turi būti aušinimo laikas. Aušinimo laiko ir

51

detalių geometrinių matmenų priklausomyb÷, esant dujų srauto sl÷giui 30 bar, yra pavaizduota

6.23 pav. Temperatūrų reikšm÷s nurodytos detal÷s viduryje.

6.23 pav. Aušinimo laiko priklausomyb÷ nuo detal÷s geometrinių matmenų

Principin÷ dviejų kamerų vakuumin÷s krosnies konstrukcija pavaizduota 6.24 pav.

6.24 pav. Dviejų kamerų vakuuminio grūdinimo krosnis

52

Metalinių detalių gamybos metu, kada reikia grūdinti ne vien tik legiruotus, bet ir anglinius

plienus, yra naudojamos trijų kamerų vakuuminio grūdinio krosnys (6.25 pav.). Šiose krosnyse prie

vakuumin÷s kaitinimo ir atšaldymo kameros papildomai būna grūdinimo kamera su alyva arba

vandeniniu tirpalu.

6.25 pav. Trijų kamerų vakuuminio grūdinimo krosnis

Tokio tipo horizontali elektrin÷ vakuumin÷ terminio apdorojimo krosnis gali būti naudojama

įvairių metalų grūdinimui duju srautu, grūdinimui panardinant tepale, atkaitinimui, atleidimui,

litavimui ir kitiems procesams. Tokia krosnis eksploatuojama Vilniuje AB „Vilma“ įrangos

gamybos ceche. Krosnyje yra trys kameros: dujomis aušinama kamera, tepalu aušinama kamera ir

įkaitinimo kamera. Vakuumin÷ įkaitinimo kamera montuojama grindų lygyje bei turi grafitinį vidinį

apvalkalą su grafitinio pluošto izoliacine medžiaga ir su grafitiniais kaitinimo elementais. Grafitinio

pluošto medžiaga pasižymi labai aukštomis izoliacin÷mis savyb÷mis ir labai gerai sugeria dr÷gmę.

Tod÷l pradedant darbą kaitinamo kamera turi būti išdžiovinama arba joje turi būti nuolat palaikomas

vakuumas. Tarp išorinio ir vidinio apvalkalo sumontuoti sienelių aušinimo vandeniu šilumokaičiai.

Tarp visų kamerų įrengtos hermetiškos durys.

Detal÷s aušinimo metu visose trijose kamerose palaikomas vakuumas. Viršutin÷je šaldymo

dujomis kameros dalyje yra ventiliatorius, o apatin÷je – įrenginys transportuoti detales kameros

viduje. Šaldymo kameros šonuose yra plokšt÷s, kuriomis reguliuojamas dujų srautas.

Aušinimo dujomis kamera atlieka dvigubą funkciją: joje paruošiamos detal÷s įkaitinimui,

atliekant aušinimą tepale ir joje vyksta aušinimas dujų srautu. Detal÷s aušinamos azoto dujų srautu,

o dujų cirkuliaciją kameroje sukuria ventiliatorius (6.26 pav.). Pro įkaitintas detales pra÷jusios dujos

per dujų srauto reguliavimo plytas nukreipiamos į šilumokaitį, kur yra ataušinamos.

53

6.26 pav. T

rijų kam

erų vakuum

in÷s term

inio apdorojim

o krosnies kon

strukcijos p

rincipin÷ schema.

54

Apatin÷je aušinimo tepalu kameros dalyje yra tepalo vonia, kuri montuojama žemiau grindų

lygio. Vonioje sumontuotas šilumokaitis tepalui aušinti, kaitinimo elementai tepalui kaitinti ir

maišykl÷ tepalui maišyti. Tepalu aušinamos kameros vidurin÷je dalyje yra įrenginys detal÷ms

transportuoti. Šis įrenginys įkaitintas detales pamerkia į tepalą – atliekamas grūdinimo procesas.

Pakrovimo įrenginys sudarytas iš šakių ir dviejų pneumatinių cilindrų porų, sujungtų su šak÷mis.

Viena cilindrų pora naudojama detalių jud÷jimui pirmyn-atgal, kita žemyn-aukštyn. Šių judesių

kombinacijos atlieka detalių pakrovimo-iškrovimo ir grūdinimo operacijas.

Vakuuminio atsiurbimo sistema prijungta prie šaldymo kamerų šoninių paviršių. Pagal

užduotą programą galima pasiekti vakuumą iki 10³ bar.

Krosnies darbo principas

Kaitinimo kameroje pagal užduotą terminio apdirbimo programą nuolat yra palaikomas

vakuumas ir temperatūra. Nuo stalo su ritin÷liais detal÷s kartu su pad÷klu rankiniu būdu įstumiamos

į dujomis šaldomą kamerą. Tuo metu kaitinimo kameroje palaikomas vakuumas. Uždaromos

šaldymo kameros durys ir iš šaldymo kameros išsiurbiamas oras. Pasiekus sl÷gį 10³ bar., atsidaro

kaitinimo kameros durys ir detal÷s su pad÷klu patenka į kaitinimo kamerą. Uždarius kaitinimo

kameros duris, prasideda kaitinimas pagal užduotą programą. Pagal nustatytą programą įkaitinus

detales, jos paduodamos į tepalu arba dujomis šaldomą kamerą ir kaitinimo kameros durys

uždaromos. Pagal užduotą programą atliekamas aušinimo procesas azotu. Pasibaigus šaldymo

procesui, į šaldymo kamerą paduodamas oras. Pasiekus atmosferinį sl÷gį aušinimo kameros durys

atidaromos ir ant ritininio stalo išimamos detal÷s. Po to galima prad÷ti naują procesą arba naują seno

proceso ciklą.

Detales gali jud÷ti krosnyje dviem būdais (6.27 pav.). Vienas galimas detalių jud÷jimo

kelias: iš pakrovimo zonos detales patenka į įkaitinimo kamerą, o po to paduodamos į aušinimo

dujomis kamerą ir iš ten grąžinamos į pakrovimo-iškrovimo zoną. Antras galimas detalių kelias: iš

detalių pakrovimo-iškrovimo zonos detal÷s paduodamas į kaitinimo kamerą, iš ten į alyva aušinamą

kamerą, o po to detal÷s patenka į iškrovimo zoną.

55

6.27 pav. Detalių jud÷jimo krosnyje schema

6.4. Paviršinio indukcinio grūdinimo įrenginiai

Metalų paviršiams grūdinti plačiai yra naudojamas greitas paviršių įkaitinimas aukšto dažnio

srov÷mis. Šis terminio apdorojimo būdas leidžia gauti geresnes mechanines detalių paviršinių

sluoksnių savybes. Taip įvyksta tod÷l, kad detal÷s paviršiniuose sluoksniuose susidaro smulkiagrūd÷

mikrostruktūra.

Terminio apdorojimo, įkaitinant paviršinį sluoksnį, privalumai, lyginant su detalių įkaitinimu

krosnyse:

• terminio apdorojimo proceso metu gaunamos minimalios deformacijos,

• galimyb÷ atlikti terminį apdorojimą vienoje ar keliose atskirose detal÷s paviršiaus

vietose,

• galimyb÷ gauti detal÷s paviršiuje didelį kietumą ir atsparumą dilimui, išlaikant

nepakitusį detal÷s vidinių sluoksnių plastiškumą ir kietumą,

• nedidelio nuodegų sluoksnio susiformavimas po įkaitinimo,

• žymiai mažesn÷s energetinių resursų sąnaudos ir mažesnis kenksmingų medžiagų

kiekio išmetimas į aplinką,

• galimyb÷ montuoti įrengimą vienoje patalpoje su kitais mechaninio apdirbimo

technologiniais įrengimais.

Dažniausiai paviršinio grūdinimo įrenginiai naudojami velenų, ašių ir krumpliaračių

gamyboje.

56

Paviršinio grūdinimo proceso eiga pavaizduota 6.28 pav.

6.28 pav. Paviršinio grūdinimo eiga

Indukcinio kaitinimo būdu kaitinti galima tik medžiagas, laidžias elektros srovei. Tek÷dama

induktoriumi, kintama aukštadažn÷ srov÷ sukuria kintamą elektromagnetinį lauką, kuris gaminio

paviršiuje indukuoja sūkurines sroves, greitai įkaitinančias detal÷s paviršių iki austenitin÷s

struktūros. Priklausomai nuo detal÷s geometrinių matmenų, tinkamai parenkant srov÷s dažnį ir

kaitinant indukciniu būdu, galima gauti labai didelį detalių įkaitinimo greitį. Pavyzdžiui,

paviršinio grūdinimo metu naudojami režimai įgalina pasiekti grūdinimo temperatūrą per kelias

sekundes ar per kelias dešimtąsias sekund÷s dalis.

Visi indukcinio kaitinimo įrenginiai turi šias pagrindines sud÷tines dalis:

• generatorių,

• induktorių,

• induktoriaus ir generatoriaus aušinimo įrenginius,

• proceso valdymo priemones,

• kaitinamo gaminio tvirtinimo ir padavimo į induktorių įrenginį.

Generatoriaus (6.29 pav.) paskirtis – sukurti užduoto dažnio ir galios sroves. Indukciniu būdu

metaliniai gaminiai kaitinami specialiu įrenginiu, kuris vadinamas induktoriumi. Pats paprasčiausias

induktorius – tai žiedu sulenktas varinis vamzdelis arba varin÷ plokštel÷, kuri vadinama induktoriaus

vija.

Indukcinis įkaitinimas

Aušinimas

Atleidimas

57

6.29 pav. Generatorius

Induktoriai būna kelių pagrindinių konstrukcinių tipų:

• induktoriai, skirti kaitinti išoriniams cilindriniams paviršiams,

• induktoriai, skirti kaitinti vidiniams cilindriniams paviršiams,

• induktoriai, skirti kaitinti plokštiems paviršiams,

• induktoriai, skirti kaitinti sud÷tingos formos paviršiams.

6.30 pav. Cilindro kaitinimas 6.31 pav.Plokščio paviršiaus kaitinimas

6.32 pav. Induktoriai vidinių paviršių 6.33 pav. Induktorius sud÷tingos formos kaitinimui paviršiaus kaitinimui

58

Tekant kintamai aukšto dažnio srovei per induktoriaus viją, apie ją susidaro kintamas

magnetinis laukas. Didžiausias magnetinio lauko tankis, kartu ir didžiausia indukcija, susidaro vijos

viduryje prie induktoriaus žiedo vidinių sienelių. Jeigu induktoriaus žiedo viduryje patalpiname

metalinį cilindrą, tai kintantis magnetinis srautas, kirsdamas šį cilindrą, sukuria sūkurines sroves,

kurios koncentruojasi cilindre arti induktoriaus vijų ir turi žiedinę tek÷jimo kryptį (6.34 pav.). Kuo

didesnis srov÷s dažnis, tuo plonesniame cilindro paviršiaus sluoksnyje teka srov÷, tuo plonesnis

paviršiaus sluoksnis įkaista.

Induktoriaus vija Kaitinama detal÷

6.34 pav. Indukcinis kaitinimas

Įkaitinto paviršiaus temperatūra ir gylis priklauso nuo:

• į induktorių paduodamo galingumo,

• srov÷s dažnio,

• kaitinimo laiko.

Srov÷s įsiskverbimo gylio priklausomyb÷ nuo srov÷s dažnio angliniams plienams parodyta 6.1

lentel÷je.

6.1 lentel÷. Srov÷s įsiskverbimo gylio ir dažnio priklausomyb÷

Srov÷s įsiskverbimo gylis ( mm) metaluose Plienas su 0,4%C

Srov÷s dažnis Hz Varis

Prie 15ºC Prie 851ºC 50 10 4 90

2 000 1,5 1,0 15 10 000 0,7 0,3 6,0 100 000 0,2 0,1 2,0 300 000 0,1 0,04 1,0

Parenkant srov÷s dažnį metalinių detalių indukciniam kaitinimui, reikia įvertinti ir detalių

geometrinius matmenis.

59

Įkaitintos juostos forma ir tolygumas priklauso nuo induktoriaus formos ir yra artima

induktoriaus formai. Kada norima perkaitinti visą detal÷s skerspjūvį, naudojamos vidutinio dažnio

srov÷s (1-10kHz), o norint įkaitinti detalių paviršinius sluoksnius, naudojamos aukšto dažnio srov÷s

(didesn÷s negu 10kHz). Kuo aukštesnis srov÷s dažnis, tuo plonesnį įkaitintą sluoksnį gauname.

Magnetiniai srautai susidaro induktoriaus vijos vidiniame skersmenyje, bet, jeigu vietoje

metalinio strypo į induktoriaus vijų vidinę dalį įstatysime nemagnetinę medžiagą, magnetinis srautas

tokiu atveju susidarys išorin÷je induktoriaus vijos dalyje. Remiantis šiuo principu konstruojami

induktoriai, skirti kaitinti vidinius cilindrinius paviršius (6.32 pav.) ir sud÷tingos formos paviršius

(6.33 pav.).

Aušinimo įrenginiai skirti induktoriaus ir generatoriaus transformatoriaus aušinimui. Tai gali

būti šaldymo mašinos arba paprasti ventiliatoriai su šilumokaičiu. Indukciniu būdu įkaitintų paviršių

aušinimui grūdinimo metu daugiausia naudojamas aušinamo skysčio dušas. Skysčiai anglinių plienų

aušinimui gaminami vandens pagrindu, legiruotų plienų aušinimui – alyvų pagrindu. Aušinant

legiruotus plienus vandeniu, detal÷se gali atsirasti įtrūkimų.

Detal÷s ir induktoriaus bazavimo įrenginiai paprastai montuojami ant talpos, kurioje laikomas

grūdinimui naudojamas aušinimo skystis. Aušinimo skystis iš talpos siurbliais paduodamas į dušą

sukuriantį įrenginį. Aušinimo skystis, apiplovęs detal÷s įkaitintus paviršius, savaime sub÷ga atgal

talpą. Šis skystis gali būti naudojamos ir generatoriui aušinti. Paprasto vandens naudoti aušinimui

negalima. Aušinimo skystis yra specialiai paruošiamas ir turi nustatytas vandens kietumo ir

elektrines laidumo savybes. Aušinimo efektyvumas priklauso:

• nuo dušo parametrų ( nuo dušo būdu paduodamo aušinamo skysčio kiekio, dušo

srauto greičio ir aušinamo skysčio temperatūros),

• nuo dušą sukuriančio prietaiso konstrukcijos (nuo dušo išpurškimo kiaurymių

kiekio), skersmens ir kampo pakrypimo aušinamo paviršiaus atžvilgiu, taip pat ir

nuo tarpelio tarp dušo ir kaitinamo paviršiaus).

Labai svarbus induktoriaus ir dušo galvut÷s konstrukcijų parinkimas, nes nuo to priklauso

grūdinimo rezultatai. Vienas iš pagrindinių dušo parametrų yra paduodamo per laiko tarpą aušinimo

skysčio kiekis. Didinant paduodamo aušinimo skysčio kiekį did÷ja aušinimo greitis. Aušinimo

greitis taip pat priklauso nuo dušo galvut÷s kiaurymių ilgio, optimalu, kai ilgis lygus dviem

skersmenims. Kai kiaurymių ilgis mažas, atskiri srautai gali susilieti į vieną. Tarpelis tarp dušo

galvut÷s ir kaitinimo paviršiaus neturi viršyti 150-200mm, o dušo kanalų kampas aušinimo

paviršiaus atžvilgiu nuo 75 iki 115 laipsnių (optimalus variantas - 90 laipsnių). Parenkant indukcinio

60

grūdinimo režimus ir induktoriaus bei dušo galvut÷s konstrukciją, dažniausiai tenka atlikti ne vieną

technologinį eksperimentą, kol gaunami priimtini rezultatai.

Paviršiniam grūdinimui aukšto dažnio srov÷mis dažniausiai naudojami horizontalūs ir

vertikalūs indukcinio grūdinimo įrenginiai. Pirmu atveju induktorius ir detal÷ vienas kito atžvilgiu

juda horizontalioje plokštumoje, kitu atveju – vertikalioje plokštumoje. Horizontalios mašinos

naudojamos plonų ir ilgų detalių kaitinimui, o vertikalios (6.35 pav.) – kai detal÷s ilgis n÷ra daug

kartų didesnis už plotį.

6.35 pav. Vertikali indukcinio paviršinio grūdinimo mašina

Konstrukcijos tipo parinkimas priklauso nuo detalių gabaritų, reikalavimų grūdinimo

paviršiams, ir grūdinimo įrenginių integracijos į bendrą technologinių įrenginių grandinę sąlygų.

Paviršinio grūdinimo įrenginiai plačiai naudojami automobilių gamybos pramon÷je.

Indukcinio grūdinimo įrenginys – tai tas pats indukcinio kaitinimo įrenginys, kuris turi

papildomą funkciją, įgalinančią greitai ataušinti įkaitintą paviršių. Indukcinio grūdinimo

įrengimuose indukcinio kaitinimo įrenginys montuojamas ant aušinimo skysčio talpos kartu su

grūdinamos detal÷s bazavimo įrenginiu, kuris gali suteikti detalei judesį induktoriaus kaitinimo vijos

atžvilgiu. Grūdinant cilindrinius paviršius, šiems paviršiams suteikiamas sukimosi judesys. Detalei

arba induktoriui judesys gali būti suteiktas programiškai valdomomis elektrin÷mis pavaromis arba

pneumatiniais cilindrais (valdomais galinių išjung÷jų).

Mašinų detalių paviršiniam grūdinimui gali būti naudojami šie būdai:

• kai vienu metu vyksta grūdinamo paviršiaus įkaitinimas ir aušinimas (dažniausiai

taikomas krumpliaračių krumpliams, kurių modulis neviršija 10mm, grūdinti),

• kai įkaitintas paviršius iškart ataušinamas (taip gali būti grūdinami krumplių, kurių

modulis daugiau 8mm, paviršiai),

61

• kai detal÷ induktoriaus ir aušinamo dušo atžvilgiu nuolat sukdamasi juda (šis būdas

leidžia užgrūdinti didelius paviršius, turint palyginti nedidelio galingumo srov÷s

dažnio generatorius).

Grūdinimo procese atliekant įkaitinimą aukšto dažnio srov÷mis gaunamas kietumas HRC 6-8

vienetais didesnis negu tais atvejais, kai grūdinimo procese įkaitinimas atliekamas krosnyse. Taip

atsitinka tod÷l, kad pasiekiamas didesnis aušinimo greitis ir sumažinamas martensito atleidimas

grūdinimo proceso metu.

6.36 pav. parodyta kietumo, pasiekiamo plienuose grūdinimo metu, priklausomyb÷ nuo anglies

kiekio ir aušinimo būdo. Kreivę Nr.1 gauname, kai įkaitinimas atliekamas kamerin÷je krosnyje

(įkaitinimo greitis 1°C/sek.), o aušinimas atliekamas panardinant į vandenį. Kreiv÷ Nr.2 - kai

įkaitinimas atliekamas kamerin÷je krosnyje (įkaitinimo greitis 1°C/sek.), o aušinimas atliekamas

išpurškiant vandenį dušu. Kreiv÷ Nr.3 gaunama, kai įkaitinimas atliekamas indukciniu būdu,

(įkaitinimo greitis 100°C/sek), o aušinimas atliekamas išpurškiant vandenį dušu. Matome, kad

panaudojus aušinimą dušu, vien tik d÷l aušinimo intensyvumo padidinimo gaunamas kietumo

padid÷jimas 2-3 HRC vienetais. Grūdinant indukciniu būdu, didžiausias kietumas gaunamas detal÷s

paviršiuje. Einat gilyn kietumas maž÷ja. Br÷žiniuose dažniausiai nurodoma minimali kietumo

reikšm÷ tam tikrame atstume nuo paviršiaus.

40

45

50

55

60

65

70

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7C % pliene

HRC

Kreiv÷ Nr.1

Kreiv÷ Nr.2

Kreiv÷ Nr.3

6.36 pav. Kietumo, pasiekiamo plienuose grūdinimo metu, priklausomyb÷ nuo anglies

kiekio ir aušinimo būdo

Paviršinis grūdinimas turi dar vieną privalumą – užgrūdinto paviršiaus kietumas nepriklauso

nuo detal÷s geometrinių matmenų. Grūdinat tūriniu būdu, did÷jant detal÷s gabaritams maž÷ja

62

paviršiaus kietumas. Tai atsitinka tod÷l, kad aušinant detalę aušinimo greičiui turi įtakos vidinių

detal÷s sluoksnių temperatūra .

6.37 pav. parodyta paviršiaus kietumo priklausomyb÷ nuo detal÷s skersmens (detal÷ pagaminta

iš plieno su 0,5% anglies).

40

45

50

55

60

65

70

0 25 50 75 100 125Diametras D mm

HRC

PavršinisgrūdinimasTūrinisgrūdinimas

6.37 pav. Detal÷s paviršiaus kietumas priklausomai nuo grūdinimo būdo ir detal÷s skersmens

Įkaitinimo režimai nustatomi priklausomai nuo plieno mark÷s ir reikalavimų, keliamų

užgrūdintam sluoksniui. 6.2 lentel÷je parodyta, kaip užgrūdinto sluoksnio gylis priklauso nuo srov÷s

dažnio

6.2 lentel÷. Užgrūdinto sluoksnio gylio priklausomyb÷ nuo srov÷s dažnio

Užgrūdinto sluoksnio gylis ( mm) Reikšm÷s 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 6,0 10.0

Didžiausias srov÷s dažnis Hz

250 000 100 000 60 000 30 000 15 000 8 000 2500

Mažiausias srov÷s dažnis Hz

15 000 7 000 4 000 15 000 1 000 500 150

Naudojantis techniniuose žinynuose pateikta informacija konkrečiai detalei yra parenkami

terminio apdorojimo režimai.

Panagrin÷kime indukcinio grūdinimo režimų parinkimas konkrečiai detalei. Užgrūdinti

vidinius krumplius taip, kaip parodyta 6.38 pav., sunku, nes detal÷ grūdinama po pilno mechaninio

apdirbimo. Cilindro, kurio vidin÷je dalyje grūdinami krumpliai, išorinio skersmens matmenys yra

pakankamai tikslūs, tod÷l įkaitinimo gylis turi būti minimalus.

63

Cilindro vidinių krumplių paviršinio grūdinimo procesas pavaizduotas 6.40 – 6.43 pav.

6.38 pav. Reikalavimai užgrūdintai krumplio daliai 6.39 pav. Užgrūdinta detal÷

6.40 pav. Principin÷ indukcinio grūdinimo schema

Aušinimo skystis

Induktoriaus vija

Dušo galvut÷

Grūdinama detal÷

Induktoriaus vidinio skersmens užpildas

64

Induktoriaus tvirtinimo plokšt÷s Induktorius Dušo galvut÷

6.41 pav. Įrengimo detal÷s tvirtinimo zona

6.42 pav. Grūdinimo proceso pradžia 6.43 pav. Grūdinimo proceso pabaiga

65

Paveiksl÷liuose 6.44-6.48 pavaizduota, kaip nuo indukcinio grūdinimo režimų priklauso

užgrūdintos zonos forma ir kietumo pasiskirstymas. Grūdinimo r÷žimų reikšm÷s: P-generatoriaus

galingumas, f -generuojamos srov÷s dažnumas, t - kaitinimo laikas, h -atstumas nuo užgrūdinto

paviršiaus, kuriame buvo matuojamas HRC kietumas.

6.44 pav. Užgrūdinta zona P =56kW f=45kHz t=3,5s h=1,9 50HRC

6.45 pav. Užgrūdinta zona P =120kW f=135kHz t=4,0s h=2,6

50,4HRC

6.46 pav. Užgrūdinta zona

P =160kW f=170kHz t=3,5s h=1,6

49,3HRC

6.47 pav. Užgrūdinta zona P =50kW f=40kHz t=3,5s h=0,98

49.2HRC

6.48 pav. Užgrūdinto sluoksnio kietumo priklausomyb÷ nuo gylio. 6.44 pav. kryptis M rodo kietumo maž÷jimo kryptį

66

6.44 pav. matome charakteringą atvejį, rodanti, kad induktorius per trumpas. Su šiuo trumpu

induktoriumi keičiant režimus buvo bandoma pasiekti numatytą rezultatą. Grūdinimo zonas matome

6.45 ir 6.46 pav. Paveiksl÷lyje 6.46 matomas artimas rezultatas, bet jis pasiektas su neekonomiškais

režimais. Pailginus induktorių, buvo pasiektas numatytas rezultatas (6.47 pav.).

6.5. Kamerin÷s, šachtin÷s ir karuselin÷s terminio apdorojimo krosnys

Užgrūdintoms detal÷ms turi būti atliktas atleidimas. Atleidimą galima daryti įvairiose krosnyse

– kamerin÷se, šachtin÷se, konvejerin÷se (oro ar apsauginių dujų aplinkoje). Pasirinkimas priklauso

nuo detalių gamybos technologinio proceso, konstrukcinių reikalavimų, gamybos apimčių. Visa tai

įvertinus pasirenkamas atitinkamas krosnies tipas ir konstrukcija. Būtina sąlyga, kad krosnies

kaitinimo kameros konstrukcijoje būtų numatyta oro cirkuliacijos galimyb÷. Smulkiaserijin÷je

gamyboje atleidimui dažniausiai naudojamos šachtin÷s (6.49 pav.), kamerin÷s (6.50 pav.) arba

karuselin÷s (6.51; 6.52 pav.) kaitinimo krosnys. Stambiaserijin÷je ir masin÷je gamyboje dažniausiai

naudojamos konvejerin÷s arba rolgangin÷s krosnys.

6.49 pav. Šachtin÷ atleidimo krosnis 6.50 pav. Kamerin÷ atleidimo krosnis

Smulkiaserijin÷je gamyboje, nedidelių gabaritų detalių normalizavimui ar grūdinimui

racionalu naudoti karuselines terminio apdorojimo krosnis.

67

6.51pav. Karuselin÷s terminio apdorojimo krosnies konstrukcija

6.52 pav. Karuselin÷ dujinio kaitinimo krosnis

68

Šios krosnies konstrukcijos ypatumas yra tai, kad padas, ant kurio dedamos detal÷s turi

sukimosi judesį. 6.52 pav. parodytas krosnies padas turi 20 darbo vietų, ant kurių padedama detal÷

ar krepšys su mažomis detal÷mis. Maksimalus pakraunamų detalių svoris į vieną darbo vietą –

6,5 kg. Pakrovimo taktas – 1 min. Kaitinimo temperatūra – iki 950ºC; maksimalus termiškai

apdorojimų detalių kiekis 390kg/h. Kitas šios krosnies konstrukcijos ypatumas yra tas, kad

besisukantis padas sandarinamas alyva, kuri aušinama vandeniu. Kaitinimo kameros konstrukcija ir

terminio apdorojimo procesų valdymas analogiškas kitų anksčiau išnagrin÷tų krosnių valdymui.

Krosnies kaitinimo kamera įkaitinama, silicio karbido vamzdžiuose deginant dujas. Dujų

degimo procesas automatiškai valdomas pagal užduotą programą.

Karuselin÷s krosnies darbo principas

Atidaromos durys ir ant pado pirmos darbo vietos pakraunamos detal÷s. Tada įjungiama

krosnis darbui pagal užduotą programą. Besisukant padui detal÷mis užkraunamos visos darbo vietos.

Pakrovimo zonoje pasirodžius įkaitintoms detal÷ms pado sukimasis automatiškai

sustabdomas. Įkaitintos detal÷s iškraunamos ir į jų vietą pakraunamos naujos detal÷s. Paspaudus

atatinkamą mygtuką prasideda pado sukimasis tol, kol pakrovimo-iškrovimo zonoje atsiranda kita

darbo vieta su įkaitintomis detal÷mis.

Kai detalių serijos nedidel÷s, atkaitinimui ar normalizavimui atlikti labiausiai tinkamos

kamerin÷s krosnys su ištraukiamu padu ( 6.53 pav.)

6.52 pav. Kamerin÷ krosnis su ištraukiamu padu

69

Gamyboje visi terminio apdorojimo technologiniai procesai aprašomi technologin÷se

kortel÷se, kurios būtinai turi būti darbo vietose. Technologinių kortelių formos būna įvairios ir jos

priklauso nuo konkrečioje firmoje priimtų technologinių procesų projektavimo principų ir

konkretaus terminio apdorojimo proceso.

Technologinių kortelių pavyzdžiai parodyti prieduose Nr.1 ir Nr.2

7. Terminio apdorojimo kokyb÷s kontrol÷

Atlikus metalo terminį apdorojimą jo rezultatą galima įvertinti mikroskopu ištyrus medžiagos

vidinę sandarą. Toks tyrimas vadinamas mikroskopine analize. Kad būtų matomas ryškus

kontrastinis vaizdas, bandinių paviršius turi būti lygus. Tam reikia specialiai paruošti tiriamo

bandinio paviršių – mikrošlifą. Metalo mikrošlifai ruošiami taip: iš gaminiui būdingos tiriamosios

vietos išpjaunamas metalo gabal÷lis ir jo paviršius nulyginamas dilde ar šlifavimo disku ir

šlifuojamas įvairaus rupumo švitriniais popieriais, pradedant rupiausiu ir baigiant smulkiausiu, vis

keičiant šlifavimo kryptį. Po to paviršius poliruojamas ant besisukančio audeklu aptempto metalinio

disko, suvilgyto smulkių abrazyvinių dalelių suspensija. Nupoliruoto metalo paviršius įgauna

veidrodžio blizgesį; tokio paviršiaus bandinys vadinamas neryškintu mikrošlifu. Metalo struktūriniai

elementai tiriami išryškintame mikrošlife. Tod÷l poliruotasis paviršius ÷sdinamas įvairiais rūgščių

tirpalais. Plienui ir ketui ÷sdinti dažniausiai naudojamas 3-5% azoto rūgšties spiritinis tirpalas.

ösdinant mikrošlifą, ant poliruoto paviršiaus rūgšties tirpalas užlašinamas pipete arba paviršius

suvilgomas tirpale pamirkytu tamponu. Įvairius grūdelius rūgštis iš÷da nevienodai, tod÷l jie

nevienodai ir atspindi šviesą. D÷l to galima atskirti vienos rūšies grūdelius (fazes) nuo kitos. Pro

mikroskopą matoma metalo struktūra vadinama mikrostruktūra.

Tačiau paprasčiausias, greičiausias ir dažniausiai naudojamas terminio apdorojimo kokyb÷s

įvertinimo būdas – kietumo išmatavimas po terminio apdorojimo. Labiausiai paplitę trys metalų

kietumo nustatymo būdai: Brinelio – įspaudžiant grūdinto plieno rutuliuką, Rokvelio – įspaudžiant

deimantinį kūgį, Vikerso – įspaudžiant deimantinę piramidę. Kietumo nustatymo būdas, antgalio

matmenys ir forma bei įspaudimui taikomos apkrovos dydis parenkami atsižvelgiant į metalo rūšį ir

į atliktą terminio apdorojimo būdą.

Brinelio metodas taikomas nelabai kietų medžiagų kietumui nustatyti, pavyzdžiui, vidutinio

anglingumo atkaitinto ar normalizuoto anglinio plieno, pilkojo ketaus, spalvotųjų metalų lydinių.

Brinelio metodu tiriamų lydinių kietumas neturi viršyti 450 HB, nes tuomet rutuliukas deformuojasi

ir rezultatai gaunami netikslūs. Matuojant metalų kietumą Brinelio metodu į metalo paviršių

specialiu Brinelio presu pamažu, tam tikra j÷ga P (dažniausiai 3000 kgf) spaudžiamas (spaudimo

70

laikas 10 sekundžių) nustatyto skersmens D ( 10 mm arba mažesnio) grūdinto plieno rutuliukas

(7.1 pav.). Jis metalo paviršiuje palieka atitinkamo dydžio įspaudą.

7.1 pav. Kietumo nustatymo Brinelio metodu schema

1 – įspaudas; 2 – Brinelio mikroskopo skal÷

Kuo metalas kietesnis, tuo mažesnis įspaudo skersmuo, tuo didesnis kietumas pagal Brinelį.

Įspaudo skersmuo d išmatuojamas Brinelio mikroskopu arba specialia lupa, kurių skal÷s padalos

vert÷ yra 0,05 mm. Kietumas pagal Brinelį yra žymimas HB ir apskaičiuojamas, kaip spaudimo

j÷gos P ir įspaudo sferinio paviršiaus ploto F santykis:

)(

222 dDDD

P

F

PHB

−−⋅==π

, kgf/mm2 (1)

Kadangi šis skaičiavimas gana sud÷tingas, tai sudarytos lentel÷s, kuriose pagal įspaudo

skersmenį d randamas kietumas HB.

Rokvelio metodas pagrįstas įspaudo gylio matavimu. Specialiu Rokvelio presu į metalo

paviršių įspaudžiamas deimantinis kūgis (7.2 pav.) arba 1,59 mm skersmens grūdinto plieno

rutuliukas ir preso skal÷je rodykl÷ iš karto parodo kietumą pagal Rokvelį. Tiriama trimis būdais:

1. Į kietąsias medžiagas, pavyzdžiui, grūdintą plieną 150 kgf j÷ga įspaudžiamas deimantinis

kūgis, kurio viršūn÷s kampas 1200, ir kietumas HRC atskaitomas C skal÷je.

2. Į labai kietas medžiagas, pavyzdžiui, kietlydinius, taip pat plonasienius gaminius šis

deimantinis kūgis įspaudžiamas 60 kgf j÷ga, ir kietumas HRA atskaitomas A skal÷je.

3. Į minkštesnes medžiagas, pavyzdžiui, atkaitintą plieną ir spalvotųjų metalų lydinius 100 kgf

j÷ga įspaudžiamas 1,59 mm skersmens grūdinto plieno rutuliukas ir kietumas HRB

atskaitomas B skal÷je.

Nustatant kietumą Rokvelio metodu, iš pradžių sudaroma pradin÷ apkrova 10 kgf (įspaudo

gylis h0). Mažoji skal÷s rodykl÷ reikalinga tam, kad galima būtų kontroliuoti šią apkrovą. Po to

sudaroma pagrindin÷ apkrova (įspaudo gylis h), kurią rodo didžioji skal÷s rodykl÷.

71

7.2 pav. Kietumo nustatymo Rokvelio metodu schema

Matuojant kietumą Rokvelio metodu įspaudas yra mažesnis už Brinelio, tod÷l Rokvelio

metodu galima matuoti ir plonasienių gaminių kietumą.

Matuojant metalų kietumą Vikerso metodu, specialiu Vikerso presu į metalo paviršių

spaudžiama (spaudimo j÷ga P nuo 1 iki 100 kgf) keturšon÷ deimantin÷ piramid÷, kurios viršūn÷s

kampas tarp priešingų plokštumų yra 1360. Po to išmatuojamas įspaudo įstrižain÷s ir randamas jų

aritmetinis vidurkis d. Kietumas pagal Vikersą HV apskaičiuojamas taip:

),/(8544.1)2/136sin(2 2

2

0

dPd

PHV =

⋅= kgf/mm2 (2)

Įspaudo gylis yra ~ 7 kartus mažesnis už įstrižain÷s ilgį, tod÷l, naudojant mažas apkrovas,

galima išmatuoti plonų sluoksnių, negiliai užgrūdintų, cementuotų ir azotintų paviršių kietumą.

72

INDIVIDUALIOS UŽDUOTYS Užduotis:

1. Įvertinti reikalavimus ir papildomas sąlygas keliamas duotai detalei ir parinkti terminio

apdorojimo būdus iki mechaninio apdirbimo ir po mechaninio apdirbimo.

2. Pagrįsti kiekvieno terminio apdorojimo būdo ir įkaitinimo temperatūros bei aušinimo

terp÷s parinkimą.

3. Aprašyti pasirinkto terminio apdorojimo būdo technologiją ir pasirinktus įrengimus.

4. Nurodyti kokia buvo gauta metalo struktūra ir savyb÷s po kiekvieno terminio apdorojimo.

Medžiaga

Žym÷jimas Var.Nr. Detal÷

GOST EN arba DIN

Reikalavimai detalei ir papildomos sąlygos

1 Ašis 45 C45

Detal÷s svoris 1,2kg Gamybos apimtis 300 kg/val. Galutinis kietumas HRC 28-32 Nudegimai ir nuangl÷jimas negalimas

2 Spyruokl÷ 60C2 60SiCr7 Paruošiamasis terminis apdorojimas atliktas. Gamybos apimtis 100 kg/val. Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas

3 Liejinys 30 C30

Detal÷s svoris 150 kg Gamybos apimtis 3000 kg/val. Reikalingas terminis apdorojimas tik prieš mechaninį apdirbimą. Galutinis kietumas HB170-207

4 Štampavimo

forma 4X5MФС X38CrMoV5-1

Reikalingas terminis apdorojimas tik prieš mechaninį apdirbimą. Gamybos apimtis 100 kg per parą

5 Freza 9XC 90CrSi5 Ruošinio svoris 0,15kg Gamybos apimtis 500 kg/val.

6 Matrica 7X3 85Cr7 Detal÷s gabaritai nedideli Galutinis kietumas HRC 38-44 Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas

7 Kaltinys 40X 42Cr4

Detal÷s svoris 1,5 kg Reikalingas terminis apdorojimas tik prieš mechaninį apdirbimą. Gamybos apimtis 300 kg/val. Galutinis kietumas HB 187-229

8 Puansonas У10 C105W2 Gamybos apimtis 120 kg/val. Galutinis kietumas HRC 56-60

9 Švaistiklis 30 C30 Detal÷s svoris 15 kg Gamybos apimtis 1000 kg/val. Galutinis kietumas HRC 20-22

73

10 Kalibras X12M X165CrMoV12

Detal÷s svoris 0,15 kg Gamybos apimtis 100 kg per parą Galutinis kietumas HRC 60-62 Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas

11 Velenas 30X13 X30Cr13 Paruošiamasis terminis apdorojimas atliktas. Gamybos apimtis 500 kg per parą Galutinis kietumas HRC 48-50

12 Krumpliaratis 30 C30 Krumplių modulis 4mm Krumplių grūdinimo gylis 2,5mm Galutinis kietumas HRC 40-42

13 Kirstukas 6XC 60CrSi5 Paruošiamasis terminis apdorojimas atliktas. Galutinis kietumas HRC 52-54

14 Kalibras ХВГ 105WCr6 Gamybos apimtis 100 kg per parą Galutinis kietumas HRC 62-64

15 Velenas 50 C50 Veleno ilgis didelis Gamybos apimtis 100 kg per parą Galutinis kietumas HRC 24-26

16 Korpusas 40X 41Cr4 Gamybos apimtis 1000 kg per parą Galutinis kietumas HRC 28-32

17 Žymeklis У8 C80W2 Gamybos apimtis 100 kg/val. Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas Galutinis kietumas HRC 58-60

18 Liejimo forma 4X5MФС X38CrMoV5-1 Gamybos apimtis 100 kg per parą Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas Galutinis kietumas HRC 44-48

19 Ling÷s 60C2 60SiCr7

Paruošiamasis terminis apdorojimas atliktas. Gamybos apimtis 300 kg/val. Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas Galutinis kietumas HRC 40-44

20 Sriegpjov÷ XBГ 105WCr6 Gamybos apimtis - vienetin÷ Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas Galutinis kietumas HRC 62-63

21 Velenas 30X 30Cr4 Guolio kakliukų grūdinimo gylis1,5mm, Galutinis kietumas HRC 44-48

22 Velenas su išdrožomis

40 C40

Velenas nedidelio ilgio Krumplių modulis 2mm Krumplių grūdinimo gylis 2mm Galutinis kietumas HRC 42-44 Detal÷ po grūdinimo mechaniškai neapdirbama

23 Štampas 5XHM 55NiCrMoV6 Paruošiamasis terminis apdorojimas atliktas Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas

24 Ašis 60 C60 Gamybos apimtis 400 kg/val. Paviršiaus nuangl÷jimas negalimas

25 Dild÷ У12A C120W2 Gamybos apimtis 100 kg/val. Galutinis kietumas HRC 61-63

74

LITERATŪRA

1. Budinski K.G. Engineering materials: properties and selection. Prentice Hall Inc. Upper Saddle

River, New Jersey/Columbus, Ohio, 1999.

2. Juodelis V., Bendikas J., Valiulis V.A. Metalotyros pagrindai. – V.: Technika, 2004.

3. Kulikauskas L. Medžiagotyra. Konstrukcin÷s medžiagos. – V.: Žara, 1997.

4. Pavaras A., Žvinys J. Plienai. – K.: Technologija, 1995.

5. Žvinys J. Konstrukciniai lydiniai. I d. Ketus. – K.: Technologija, 1999.

6. Wegst C. Stahlschlussel 2001. Wegst Gmbh, 2001

7. Konvejerin÷s stūmimo tipo atkaitinimo krosnies HM-155/A/04 technin÷ dokumentacija.

8. Trijų kamerų vakuumin÷s grūdinimo krosnies technin÷ dokumentacija.

9. http://www.ispu.ru/library/lessons/tretjakova/index.html

10. http://www.elterma.com.pl

11. http://www.linn.de

12. http://www.pillar.com

75

Priedas 1

P-73-02-F3-1 TK 01-40 Lapas 10 PEER INDUSTRIES 2615306, ind.4 Keitinys 2

Darbo instrukcija: DI

Tvnt= 67 s TERMINIS APDIRBIMAS 050 Saugos darbe instrukcijos: Nr.14, Nr.19

1 Įrengimai Krosnis “Pivonija”

Žingsnis Laikas Temperatūra,˚C 0 00:00 5 1 00:20 300 2 00:20 400 3 00:35 500 4 00:40 600 5 00:50 700 6 00:50 800 7 00:55 880 8 02:00 880

2 Režimas 050.1

9 02:48 600

3 Naudojama tara Tinklin÷ d÷ž÷ (1200×800×870 mm) gaunamiems kaltiniams Termod÷ž÷ 0799-2004

4 Operacijos eiga

1.Kaltinius po šalto apkirtimo operacijos 041 sukrauti eil÷mis ant r÷mo 0799-2005A, pastatyto ant vežim÷lio, ir pro atviras krosnies duris įstumti į krosnį. 2.Duris uždaryti ir užfiksuoti. Uždaryti ventiliatoriaus sklendę ir viršutinius liukus. Ant r÷mo sudedama 600 vnt. detalių. 3.Įjungti krosnies įtampą ir spiralių kaitinimą, kompiuteryje paleisti programą PATERN 0. Prieš paleidžiant programą, patikrinti ar ji atitinka TK nurodytus režimus. 4.Paskutinio žingsnio metu atidaryti liuką ir įjungti aušinantį ventiliatorių. 5.Ataušus krosniai iki 600˚C, išjungti krosnį ir ventiliatorių. Atidaryti duris.

Ištraukus vežim÷lį, ataušinti kaltinius, perkrauti juos į termod÷žę ir pastatyti

d÷žę atkaitintų kaltinių zonoje.

6.Padaryti įrašus lydinčiose kortel÷se, įrašyti į kompiuterio atmintį temperatūrinę kreivę adresu “My Documents”. Failo pavadinime nurodyti datą, krosnies numerį bei LK numerį, pvz. E5CK 08 01(1) LK106A. Jei į krosnį kraunamos kelios partijos, paeiliui nurodomi visų LK numeriai, paliekant tarp jų tarpelį. 7.Ne rečiau kaip kartą per 10 dienų KTA perkelia duomenis į tinklą, o metų gale – į archyvą.

5 Savikontrol÷ 050.2. ◊ * Kartą per savaitę po 1 kaltinį iš abiejų r÷mo lentynų pateikti kokyb÷s kontrolieriui kietumui matuoti.( 85-105 HB ).

76

Priedas 2 Lapas 1

TK 04-44 Keitinys PEER INDUSTRIES Terminio apdorojimo technologin÷ kortel÷

Data

Pareng÷: A. Baumila R . Rukavičius

Patikrino: J. Braidokas Suderino: R. Akelaitis

Patvirtino: A. Pipcevičius L. Bartaškevičius

Prototipai:

Parengimo data 2006 09 01 Pirmieji pavyzdžiai:

Galiojimo nuo: 2006 10 01 Serijin÷ gamyba:

Technologinis eksperimentas:

Gaminio pavadinimas: Būgnas Medžiaga: AISI 1030

Gaminio žymuo: X10512245 Mas÷ kg: 1.9

Br÷žinio Nr : X10512245 GAMINYS

Kietumas 1.2mm gylyje HRC48min

Įgrūdintos zonos forma pagal eskizą

trečiame lape

Kietumas 2.5mm gylyje HRC23max.

OPERACIJA Indukcinis paviršinis išdrožų grūdinimas

050 Reikalavimai gaminiui:

Įrengimo pavadinimas: Grūdinimo įrenginys Įrengimo inv. Nr: 500

Įrengimo modelis: MFG-80

Saugaus darbo instrukc:

ĮRENGIMAS

Aušinimo skystis:

Induktoriaus vija:

Laikiklis:

D÷ž÷ detal÷ms: Tinklin÷ d÷ž÷

TECHNOLOGINö ĮRANGA

Programos pavadinimas: P 04-3741

Darbo instrukcija : DI 04-12

Parametro pavadinimas Vert÷

Generatoriaus galingumas (kW) 50 TECNOLOGINIAI REŽIMAI Dažnumas (kHz) 40

Kaitinimo laikas ( s) 3,5

Aušinamo skysčio temperatūra (C) 30-40

Detal÷s sukimosi greitis ( aps/min)

Detal÷s pozicionavimas Vertikalus

Aušinimo laikas (s) 6

Aušinimo skysčio koncentracija (%) 3

Tvnt (s) 28

Pagal kontrol÷s planą KP 04- 08

TECHNOLOGINIŲ

REŽIMŲ KONTROLö

Kietomatis HV-5

MATAVIMO PRIEMONöS

Vienai detalei iš 1000vnt išjpauti du ruošinius taip, kaip parodyta technologiniaime

eskize (Lapas4) Nuo krumplio ir nuo pošaknio viršaus kietumas 1.2mm gylyje

HRC48min Kietumo vert÷ 4 matavimų vidutin÷ reikšm÷ SAVIKONTROLö