Upute za laboratorijske vjebe

Vjeba br. 6 Potvrda TTT dijagrama 1

Vjeba 6

POTVRDA TTT DIJAGRAMA

Poznavanje ravnotenog dijagrama stanja Fe-Fe3C nije dovoljno za pravilno izvoenje razliitih postupaka toplinske obrade, a posebno onih kojima se dobivaju neravnotene faze. Razlog tome je to su ravnoteni dijagrami dobiveni uz pretpostavku da su trajanja zagrijavanja i hlaenja beskonano duga, odnosno da su brzine priblino jednake nuli, stoga je parametar vrijeme izostavljen iz dijagrama. Osim toga Fe-Fe3C dijagram predstavlja idealni sluaj, odnosno skruivanje dvokomponentne legure eljeza i ugljika, dok su u praksi svi elici uglavnom viekomponentni. Ravnoteni dijagrami e posluiti za praenje pojava prilikom zagrijavanja uzoraka i to samo ako se ono izvodi dovoljno sporo. Pretvorbe austenita u druge

faze mogu se pratiti poznavanjem difuzije ugljika i legirnih elemenata ovisno o vremenu i

temperaturi, jer su sve fazne pretvorbe funkcije temperature i vremena. Iz tog razloga se

konstruiraju TTT (Time-Temperature-Transformation) dijagrami u kojima se dobiva uvid u

temperaturno-vremenska zbivanja prilikom faznih pretvorbi.

U praksi je potrebno pratiti procese pretvorbe austenita pri kontinuiranom (anizotermikom) i diskontinuiranom (izotermikom) hlaenju, tako da e se za svaku vrstu elika ( ili jo tonije za svaku aru svake vrste elika) trebati konstruirati obje vrste dijagrama, jer se oni kvantitativno razlikuju. TTT dijagrami mogu se koristiti samo za praenje pretvorbi prilikom hlaenja, ali ne i prilikom procesa zagrijavanja uzoraka.

Slika 6.1. Izotermiki TTT dijagram za eutektoidni elik [1]

Materijali 2

Vjeba br. 6 Potvrda TTT dijagrama 2

Izotermiki TTT dijagrami pokazuju pretvorbu faza kada se zagrijani uzorak naglo ohladi do odreene temperature te se na njoj zadrava dok se obave sve pretvorbe. Na ovaj nain se cjelokupni austenit moe pretvori u samo jednu fazu npr. u prelit, u trustit ili u bainit. Izotermiki dijagram za eutektoidni elik prikazan je na slici 6.1. Izotermiki TTT dijagrami omoguavaju odreivanje parametara toplinske obrade u sluaju izvoenja postupaka perlitiziranja (krivulja a na slici 6.1.), patentiranja (krivulja b na slici 6.1.), izotermikog poboljavanja na bainit tzv. ''austempering'' (krivulja c na slici 6.1.) te sferoidizacijskog izotermikog arenja ( npr. kod brzoreznih elika).

Slika 6.2. Kontinuirani TTT dijagram za elik EN C45E ( 1531) [3]

Kontinuirani TTT dijagrami prate pretvorbe faza prilikom neprekinutog hlaenja u razliitim rashladnim sredstvima. Jedan takav dijagram za elik C45E ( 1531) prikazan je na slici 6.2. U dijagram su ucrtane krivulje koje predstavljaju razliite brzine hlaenja. Sjecita tih krivulja sa krivuljama pretvorbe faza oznaavaju poetak ili zavretak pretvorbe austenita u neku od faza. Pri zavrecima pretvorbi obino su upisani udjeli pretvorenog austenita u neku od faza u postotcima, a na zavretku svake krivulje hlaenja upisana je tvrdoa koja se postie ako hlaenje dotinog elika prati upravo tu krivulju ohlaivanja. Tako e npr. za krivulju kojom se postie tvrdoa od 318 HV elik sadravati u mikostrukturi 3% ferita, 70% perlita, 17% bainita i 10% martenzita. Znai ako zbroj svih udjela na nekoj krivulji hlaenja nije 100% onda ostatak do 100% predstavlja udio martenzita.

Krivulje hlaenja imaju toku infleksije pa procjena prosjene brzine hlaenja od poetne do zavrne temperature ne dovodi do mjerodavnih vrijednosti. Kako bi se procijenila brzina hlaenja obino se uzima dio krivulje koji je najvie pravocrtan, a to je obino u temperaturnom intervalu od 800 do 500C.

Upute za laboratorijske vjebe

Vjeba br. 6 Potvrda TTT dijagrama 3

Ako se iz dijagrama uzme vrijeme hlaenja u tom temperaturnom intervalu moe se procijeniti prosjena brzina hlaenja koja e dati odreenu

mikrostrukturu odreene tvrdoe. Vrijeme hlaenja u intervalu od 800 do 500C podijeljeno sa 100 zove se parametar ohlaivanja , te se esto taj parametar ispisuje u TTT dijagramu uz krivulje hlaenja. Ako je poznat parametar ohlaivanja moe se izraunati prosjena brzina hlaenja prema izrazu

=800500

800500=

300

100=

3

(/) (6.1)

ZADATAK 1

Potrebno je tri uzorka izraena od elika 42CrMo4 ( 4732) zagrijati na pravilnu temperaturu austenitizacije te ih hladiti u razliitim rashladnim sredstvima, tonije u vodi, u ulju i na zraku. Svakom uzorku izmjeriti tvrdou prije i nakon toplinske obrade. Za uzorak koji e se hladiti na zraku potrebno je snimiti i krivulju hlaenja, ucrtati je u TTT dijagram, te procijeniti faze u mikrostrukturi i usporediti izmjerenu tvrdou uzorka sa onom koja je procijenjena iz TTT dijagrama. Za uzorke koji su hlaeni u vodi i ulju procijeniti mikrostrukturu na osnovu izmjerenih vrijednosti tvrdoe nakon toplinske obrade. TTT dijagram za elik 42CrMo4 prikazan je na slici 6.3. Za sva tri uzorka procijeniti brzine hlaenja iz TTT dijagrama prema izrazu (6.1).

Materijali 2

Vjeba br. 6 Potvrda TTT dijagrama 4

Slika 6.3. Kontinuirani TTT dijagram za elik 42CrMo4 ( 4732) [3]

Tablica 6.1. Kemijski sastav uzoraka

Oznaka elika Kemijski sastav

EN 10027-1 HRN %C %Mn %Si %Cr %Mo %Ni

42CrMo4 4732 0,41 0,75 0,2 1,05 0,2 -

Tablica 6.2 Rezultati mjerenja tvrdoe

Rashladno

sredstvo

Tvrdoa (HV)

Prije toplinske obrade Nakon toplinske obrade

1 2 3 Prosjek 1 2 3 Prosjek Mikrostruktura

Voda

Ulje

Zrak

ZADATAK 2

Na TTT dijagramu za eutektoidni elik koji je prikazan na slici 6.1. potrebno je ucrtati: - krivulju hlaenja kojom e se u mikrostrukturi dobiti 50% bainita i 50% martenzita - krivulju hlaenja kojom e se u mikrostrukturi dobiti 50% sorbita i 50% bainita - krivulju hlaenja kojom e se u mikrostrukturi dobiti 50% bainita te ostatak martenzit i

austenit ostatni

- krivulju hlaenja kojom e se u mikrostrukturi dobiti 50% perlita te ostatak martenzit i austenit ostatni

Ogovorite na slijedea pitanja 1. Zato je uz ravnoteni dijagram Fe-Fe3C potrebno poznavati i TTT dijagram za pravilnu toplinsku obradu?

2. Kada se koriste izotermiki, a kada kontinuirani TTT dijagrami? 3. Kako se kod kontinuiranih TTT dijagrama procjenjuje brzina hlaenja? 4. Koliko je podudaranje izmjerene tvrdoe i one procijenjene iz TTT dijagrama za uzorak hlaen na zraku? Kako objasniti razliku?

REFERENCE [1] William D. Callister, Jr, Materials Science and Engineering An introduction, seventh edition, John Wiley & Sons, Inc. 2007.

[2] http://www.metalravne.com, pregledano 20.11.2011.

[3] F. Wever, A. Rose, W. Peter, W. Strassburg, L. Rademacher, ATLAS ZUR

WRMEBEHANDLUNG DER STHLE, Verlag Stahleisen M.B.H., Dsseldorf, 1961. [4] George E. Totten, Steel heat treatment: metallurgy and technologies, CRC Press, 2007.

Upute za laboratorijske vjebe

Vjeba br. 6 Potvrda TTT dijagrama 5

[5] Ivo Alfirevi, Inenjerski prirunik IP4: Proizvodno strojarstvo, kolska knjiga d.d., Zagreb, 1998.