Vpliv toplotne obdelave na odpornost izvijačev proti upogibu in zvoju F. Uranc"1 UDK: 620.17:621.785:669.14.018.29 ASM/SLA: Q1, Q5, AY, T6p, 2—64 UVOD Izvijači morajo imeti zadosti veliko zvojno trdnost, da se jim med uporabo ne odlomi vgreznjeni del. Obstajajo predpisi, ki terjajo od izvijačev, določene debeline stebla, določeno odpornost proti navoru. Tako naj bi izvijači, debeline 6 mm. vzdržali navor več od 12 Nm. Zgodilo se je že, da so izvijači vzdržali manjši navor, kot je predpisan. Ker so bili toplotno obdelani, kot je treba, je možen vzrok slabe kakovosti izvijačev le nezadostna kakovost jekla. Treba bi bilo primerjati ustreznost posameznih jekel, pa tudi poskušati z drugačnimi toplotnimi obdelavami do sedaj uporabljenega jekla. Medtem ko lahko vpliv toplotne obdelave na lastnosti že uporabljenega jekla ugotavljamo kar z zvojnim preizkušanjem izvijačev, je preizkušanje lastnosti drugih jekel nekoliko težje, saj nimamo izvijačev iz takih jekel. Jekla, ki so toplotno obdelana na tako visoko trdoto, kot jo imajo izvijači, moremo z zanesljivo natančnostjo preizkušati le zvojno ali upo-gibno, in seveda določati trdoto. Ker imamo od jekel, ki jih šele mislimo vpeljati v proizvodnjo izvijačev, na voljo le paličasto ali žičasto jeklo, ki ga je lažje preizkušati upogibno kot zvojno, smo poskušali najti odvisnost med zvojnimi in upogibnimi lastnostmi izvijačev. Na takšni osnovi bi potem mogli primerjati med seboj kar upogibne lastnosti različnih jekel, da bi ugotovili, katero jeklo in kako toplotno obdelano je najboljše za izvijače. Upogibali smo žice, debelin do 3 mm, na podporah, ki sta druga od druge oddaljeni 30 mm. Izvijače (debelin 5 alil 6 mm) smo upogibali na podporah, razmaknjenih za 75 mm. Pomični trn je pritiskal na preizkušanec v sredini med mirujočima podporama. 1. VPLIV AV3TENITIZACIJSKE TEMPERATURE NA ODPORNOST JEKLA Č4830 — VCV150 PROTI UPOGIBANJU IN IZVIJANJU a) Največja upogibna sila Ta je pri tenkih žicah (debeline do 2 mm) enaka po avstenitizaciji pri 870° C ali 900° C, pa tudi po avstenitiza-ciji pri 930° C, če ji ne sledi popuščanje na previsoko ali prenizko temperaturo (si. 1, 2). Pri debelejših (debeline 3 mm) je upogibna sila enaka le po avstenitizaciji pri 870° C in 900° C (si. 3), toda tudi še po popuščanju na 350° C. a -a cn o 'Co O > Cj* aj > o Franc Uranc, mag. dipl. ing. met., SŽ 62390 Ravne na Koroškem > * * Originalno publicirano: ŽZB 23, 1989, 3 '• Rokopis prejet: 1989—05—05 Železarna Ravne, 870 900 930 Avstenitizacijska temperatura (°C) Slika 1 Največja upogibna sila in upogib ob tej sili v odvisnosti od av-stenitizacijske temperature. Žica debeline 1,6 mm, jeklo Č4830 — VCV150. Razdalja podpor 30 mm. Trije enaki preizkušanci. Popuščanje: 1 . . . 180° C, 2 . . . 200° C, 3 . . . 230°C, 4 . . . 250°C. Fig. 1 Maximal bending force and flexure at this force depending on the austenitization temperature. Wire 1.6 mm thick, of Č 4830 — VCV 150 steel. Span length betvveen supports 30 mm. Three equal test specimens. Tempering: 1 —180°C, 2—200°C, 3—230°C, 4—250°C Še debelejši preizkušanci (izvijači, debeline 5 mm) so pokazali enako silo (si. 4) odpornosti po kaljenju z 900° C kot po kaljenju z 870° C in preizkušanci, debeline 6 mm, so vzdržali malo večjo silo po kaljenju z 870° C kot z 900° C. b) Upogib ob največji upogibni sili Upogib tenkih žic (1,6 mm) je tem večji, kolikor večja je avstenitizacijska temperatura v območju 860—930° C, če ne popuščamo nad 200° C. Po višjem popuščanju se ne pozna več vpliv avstenitizacijske temperature (si. 1). -I-1-1- 870 900 910 Avstenitizacijska temperatura (°C) VCV150 Slika 2 Največja upogibna sila in upogib ob tej sili v odvisnosti od av-stenitizacijske temperature. Žica debeline 2 mm je iz jekla Č4830 — VCV150. Razdalja podpor 30 mm, po tri žice so enako obdelane. Popuščanje: 1 . . . 180° C, 2 . . . 200° C, 3 . . . 230°C, 4 . . . 250° C. Fig. 2 Maximal bending force and flexure at this force depending on the austenitization temperature. Wire 2 mm thick. of Č 4830 — VCV 150 steel. Span length betvveen supports 30 mm, by three vvires equally treated. Tempering: 1 —180°C, 2—200°C, 3—230°C, 4—250°C Žice, debeline 2 mm, kažejo (si. 2) ugoden vpliv zvišanja avstenitizacijske temperaturena 900° C, le če so po kaljenju popuščene pri 200° C. Če jih popustimo pri višjih temperaturah, se upognejo enako tiste, ki so kaljene z 870° C ali z 930° C (popuščene pri 250° C) ali pa se višje avstenitizirane celo manj upognejo (popuščene pri 230° C). Debelejši preizkušanci (3 mm) kažejo že po popuščanju na 200° C ali 260° C (si. 3) škodljivost zvišanja avstenitizacijske temperature, saj upogib pade že zavoljo zvišanja te temperature od 870° C na 900° C. Še debelejši preizkušanci (izvijači, debeline 5 mm) niso pokazali (si. 4) vpliva avstenitizacijske temperature na upogib, toda izvijači, debeline 6 mm, so se veliko manj upogibali, če so bili avstenitizirani pri višji temperaturi, kot pri nižji (n. pr. 870° C). c) Največja sila elastičnosti Sila do elastičnega upogiba kaže podobno odvisnost od avstenitizacijske temperature kot največja upogibna sila. To vidimo iz podatkov upogibanja izvijačev (si. 4). d) Elastična deformacija je seveda sorazmerna elastični sili pri nateznem obremenjevanju, pa tudi pri upogibanju lahko pričakujemo takšno sorazmernost, vendar jo opažamo le pri pre- 1700 1600 51500 a Co C 1400 -c, en c a. o1300 > i—J CJ Z 1200 1100 Avstenitizacijska temperatura (°C) Slika 3 (a, b) Največja upogibna sila in upogib ob tej sili v odvisnosti od avstenitizacijske temperature. Žica debeline 3 mm je iz jekla C4830 — VCV 150. Razdalja podpor 30 mm. Fig. 3 (a, b) Maximal bending force and flexure at this force depending on the austenitization temperature. VVire 3 mm thick of Č 4830 — VCV 150 steel. Span length betvveen supports 30 mm. izkušanju tanjših izvijačev (si. 4). ne pa pri tistih, debeline 6 mm. Celotni upogib bo večji po višjem popuščanju, e) Zvojne lastnosti Vpliv avstenitizacije na zvojne lastnosti je težje meriti, ker sta pri zvojnem preizkušanju zelo pomembna poleg premera tudi dolžina preizkušanca in lastnosti po vsej prostornini in površini preizkušanca. Izsledki so po- 840 870 900 930 ŽEZB 23 (1989) 3 F Uranc. Vpliv toplotne obdelave na odpornost izvijačev proti upogibu in zvoju 113 7000- 6000- 5000' 4000 — 3000 z S 2000- i/I g 1000 • Izvijači t 6mm □ E E ~ 20- rsJ p . , \rmax Upma* \ a_e -Q O -Q \ v**---\ L^Pe, O a- 10- Uel ----* Poskusi o. I □ n Izvijači i 5mm 4000-3000' 2 000-1000 ■ Upm 20 -n------R-—-J Pel el upoaib Poskusi o I o n Mf- 4 ~ 3 S 2 m ^ x 1 840 870 900 930 960 990 Temperatura austenitizaci|e (°C) Slika 4 Upogibne lastnosti izvijačev debelin 5 in 6 mm. Razdalja med mirujočima podporama je 75 mm. Jeklo Č4830 — VCV150. Kaljeno v olju in popuščeno pri 200° C. Trdota 54,5—55,5 HRC. Fig. 4 Bending properties of screvvdrivers, 5 and 6 mm thick. Span length between fixed supports 75 mm. Č 4830 — VCV 150 steel. quenched in oil and temperared at 200° C. Hardness 54.5-55.5 HRC. dobni kot pri upogibnem preizkušanju, le da so manj natančni, ker je bil preizkus na navor zelo preprost: Rezilo izvijača smo vtaknili v DVM zarezo žilavostne-ga preizkušanca, na sploščeni (normalno v ročaju) del izvijača pa smo pritrdili z vijakoma matico, katero smo nato obremenjevali z momentnim ključem. Navor, potreben za odkrušitev rezila izvijača (si. 5). se nad določeno avstenitizacijsko temperaturo začne zmanjševati in ta temperatura je nižja pri debelejših (870° C pri debelini 6 mm) kot pri tanjših izvijačih (930° C pri debelini 5 mm). 2. VPLIV POPUSCNE TEMPERATURE NA UPOGIBNE LASTNOSTI a) Upogibna sila Poglejmo si najprej vpliv avstenitizacije in popuščanja. Žice, debelin 1,5 ali 2 mm (jeklo Č4830 — VCV150), so vzdržale največjo silo upogiba po kaljenju z 870° C tedaj, kadar so bile popuščene na 180° C (si. 6). Kot vidimo, velja to predvsem za žice, debeline 2 mm, medtem ko so tanjše manj občutljive ter jih lahko popuščamo tudi na 230° C. Podobno se obnašajo tanke žice, če jih kalimo z 900 ali 930° C. Žice. debeline 2 mm. pa je po takem kaljenju najboljše popuščati pri 200° C. Ker je popuščanje na 200° C najugodnejše tudi na žice. debeline 3 mm, kaljene z 870 ali 900° C (si. 3 a), lahko to po-puščno temperaturo vzamemo kot najprimernejšo za doseganje velike trdnosti. 840 870 900 930 960 990 Temperatura austenitizacije °C Slika 5 Zvojne lastnosti izvijačev debelin 6 in 5 mm. Jeklo Č4830 — VCV150. Kaljeno v olju in popuščeno pri 200° C. Trdota 54,5—55,5 HRC. Fig. 5 Twisting properties of screvvdrivers, 6 and 5 mm thick. Č4830 — VCV 150 steel. Ouenched in oil and tempered at 200° C. Hardness 54.5—55.5 HRC. 500 -J400 "300 200 '100 C4830VCV150 Žico debeline o- 1,6mm □........2mm Upogib --- 20 i s CLe 10 180 200 220 240 popuščna temperatura (°C) 260 Slika 6 Največja upogibna sila in upogib ob tej sili v odvisnosti od po-puščne temperature. Razdalja podpor je 30 mm. Jeklo Č4830 — VCV150. Avstenitizacijska temperatura je 870° C. Fig. 6 Maximal bending force and flexure at this force depending on the tempering temperature. Span length of supports 30 mm. Č 4830 — VCV 150 steel. Austenitization temperature 870° C. Debelina stebla izvijača •. K- □ ■ 0 5mm O 0 6 mm 12- yo e / z 10 - / L- O / > O C 8- m/ t LJ ai 6- i > a z k- Temperatura avsfenitizacije; o □ 870 °C 2- o □ 9 30 °C 950 °C i i i i 1 2 3 4 5 6 Največja upogibna sila (v 1000 N ) Slika 7 Največja sila pri upogubu in največji navor pri zvoju izvijačev iz jekla Č4830 — VCV150. Trdota 54,5—55,5 HRC. Razdalja podpor pri upogibu je 75 mm. Fig. 7 Maximal bending force and maximal torque in tvvisting screvv-dTivers made of Č 4830 — VCV150 steel. Hardness 54.5—55.5 HRC. Span length betvveen supports 75 mm. b) Upogib Kot kaže slika 6, je upogib ob največji upogibni sili sorazmeren popuščni temperaturi vse od 180 do 230° C (jeklo Č4830 - VCV150). 3. SOODVISNOST ODPORNOSTI PROTI UPOGIBU IN ODPORNOSTI PRI ZVOJU Upogibni preizkus je razmeroma natančno določen, zato so tudi izsledki primerljivejši, kot so izsledki zvojne-ga preizkušanja. Zaradi tega moramo vedeti, koliko so uporabni rezultati upogibnega preizkušanja za toplotno obdelavo pozneje zvojno obremenjenih izvijačev. Slika 7 kaže premočrtno soodvisnost največje upo-gibne sile z največjim navorom, ki so ga vzdržali izvijači iz jekla Č4830 — VCV150. Le pri majhni upogibni sili 2000 N se pojavi odstopanje od premice, vendar v pozitivno smer. To neskladje morda lahko pripišemo ravno nenatančnosti zvojnega preizkušanja. 4. SKLEPI Upogibni in zvojni preizkusi žic in izvijačev, debelin od 1,6 do 6 mm, iz jekla Č4830 — VCV150 so pokazali: Največja upogibna sila in sila za elastični upogib se s spreminjanjem avstenitizacijske temperature podobno spreminjata. Največja upogibna sila je sorazmerna največjemu navoru, zato lahko za ugotavljanje učinkov toplotne obdelave uporabimo upogibni preizkus. Za dosego največje upogibne sile in upogiba ob tej sili je izvijače iz jekla Č4830 — VCV150 najboljše kaliti s temperatur med 870 in 900° C. Pri tem je dobro kaliti tanjše izvijače z 900° C in debelejše z 870° C. Popuščanje pri 200° C je najboljše. ZUSAMMENFASSUNG Ein Stahl mit 0,5% C, 1 % Cr, 0,8 % Mn und 0,15% V der auch zur Erzeugung von Schraubenziehern angevvendet wird ist nach verschiedener VVarmebehandlung im Biege und Ver-drehversuch untersucht worden. Die grosste Biegebelastung ist bei allen Proben verhalt-nissmassiggleich der Elastizitatsgrenze und dem grossten Moment die ein Schraubenzieher ertragen kann. Geeignete Austenitisierungstemperatur betragt 870— —900° C und die Anlasstemperatur ist 200° C. SUMMARY Steel with 0.5 % C, 1 % Cr, 0.8 % Mn, and 0.15 % V which is also used for screwdrivers was tested on bending and tvvisting after various heat treatment processes. The biggest bending force was for ali the test pieces pro- portional to the yield strength and the greatest torque vvhich the screwdriver must stay. The suitable temperature of austenitization is 870 to 900° C, and tempering temperature 200° C. 3AKfllOMEHME Craflb c coaep>KaHneM 0,5 % C, 1 % Cr, 0,8 % Mn m 0,15 %V, KOTOpafl ynoTpe6rmeTCR ajir H3r0T0B/ieHHfl OTBepTOK 6bi/ia mc-nbuaHa, noc/ie pa3/iMMHbix cnocočoB TepMMHecKOM o6pa6oTKM, Ha M3rn6 m CKpyHMBaHkie. CaMas BbiconaH npoHHoeTb Ha M3rn6 npn Bcex ncnbuaHHbix o6pa3uax cootbetcibyet ajlactmhhoctm m caMoCi 6onbiuofi bhh-tobom Hape3KM, KOTOpblX Bblflep>«HBaeT OTBepTKa. CooTBeTCTByKDLnaH TeMnepaiypa aycTeHH3aunn ne>kht b hh-TepBa/ie 870—900° C, a chrtur Hanps>KeHnn npn 200° C.