IX ■ - ■ ■ .1 I	UDK: 669.14.018.456.2:621.78
Kvalitetnejša toplotna obdelava	asm/sla: tsj izdelkov iz utopnih jekel
Franc Uranc
Medtem ko so temperature posameznih faz toplotne obdelave navadno natančno določene s predpisi, ni tako tudi s časi. Čas ogrevanja je treba sproti predpisovati glede na velikost in obliko izdelkov, ki jih mislimo toplotno obdelati.
Težave lahko nastanejo tudi pri predpisovanju popuščnih temperatur, ki dokončno določajo trdnost in žilavost izdelka. Kadar je dopustno kalje-nje v različnih ohlajevalnih sredstvih, imamo še eno neznanko toplotne obdelave več.
Na primeru izdelkov iz utopnih jekel smo prikazali vpliv dejavnikov toplotne obdelave in dimenzij ter oblik izdelkov na končno trdoto. Raziskali smo vse možne vzročne zveze in podali ustrezne korelacijske koeficiente. Podajamo tudi kratek pregled pomena velikosti korelacijskega koeficienta.
UVOD
Računalniška tehnika nam omogoča natančno in objektivno ovrednotiti kupe izkustvenih podatkov, ki jih drugače zaradi nepreglednosti ne bi mogli uporabiti za sistematsko izboljšavo tehnoloških postopkov.
Pri nas smo se lotili med drugim tudi statistične obdelave in računalniškega izračuna obstoječih predpisov toplotne obdelave. Ena od ožjih nalog s tega področja je izpopolnjevanje tehnologije toplotne obdelave vseh izdelkov iz utopnih jekel Utop Mo 1 (C 4751) in Utop extra 2 (C 5742). S primerno razvrstitvijo zbranih podatkov smo lahko analizirali pomembnost posameznih stopenj toplotne obdelave, oziroma dimenzij ter oblike izdelkov iz posameznih jekel. Računalnik nam je povedal, kako lahko še pripomoremo h kvalitetnejši, natančnejši toplotni obdelavi, katere pogoje moramo še natančneje predpisati, oziroma katere predpise moramo vestneje upoštevati kot do zdaj.
V kratkem prikazujemo logični postopek, ki privede po preprosti poti do tako koristnih sklepov.
1. Glavni vplivni dejavniki toplotne obdelave
Predpostavili smo, da so peči, v katerih ogrevamo izdelke za kaljenje in popuščanje, zadosti podobne med seboj in jih ni treba posebej upoštevati. Iz množice podatkov o toplotni obdelavi uto-pov, trnov, puš, recipientov smo najprej izbrali
Franc Uranc, dipl. ing. metalurgije, raziskovalec v Železarni Ravne
tiste, ki občutno vplivajo na mehanske lastnosti izdelkov. Gotovo vplivajo na strukturo in lastnosti orodij temperature in časi ogrevanja ter popuščanja. Vpliv toplotne obdelave pa je določen z načinom, kako so izdelki vloženi v peč, kako veliki so in kakšno obliko imajo. Upoštevati moramo razlike, ki nastanejo, če smo predgrevali v eni ali v več stopnjah, popuščali enkrat ali večkrat. Da bi zajeli v računih vse te razlike, smo podatke o toplotni obdelavi, katere rezultati so nam že znani, primerno uredili.
2.	Urejanje podatkov
Vse podatke, ki veljajo za toplotno obdelavo v globinskih pečeh, smo klasificirali po naslednjih kriterijih:
a)	Vrsta jekla: Utop Mol, Utop extra 2, Utop extra 1.
b)	Vrsta izdelka (oblika): trni, polni bati, re-cipienti, puše, utopni bloki.
c)	Število izdelkov, ki so hkrati v peči — to je navadno določeno s težo odkovka, toda nujno ni.
d)	Teže odkovkov — v glavnem so teže v analizi zajetih izdelkov do 1000 kg, zato težjih, ki so v manjših serijah, nismo obravnavali.
e)	Kalilno sredstvo: zrak, komprimiran zrak, olje.
f)	Podajanje, navajanje rezultirajočih trdot v istih enotah. Odločili smo se za enote HB.
3.	Obdelava podatkov
Na osnovi zbranih podatkov smo izračunali regresije za statistični nivo 90 %. Glede na višino izračunanih vrednosti razmerja varianc F lahko določimo višino nivoja pomembnosti regresijskih enačb. Prostostne stopnje so 1 in (n—1), pri čemer je število podatkov v eni koloni označeno z n.
Regresije smo računali tako, da smo upoštevali vse spremenljivke do druge stopnje in poleg tega določali tudi vplive naslednjih interakcij: teža odkovka in čas na kalilni temperaturi, zunanje mere izdelka in čas ogrevanja na kalilni temperaturi, interakcije teže in dimenzij izdelkov s časom in temperaturo popuščanja, interakcija časa ogrevanja na kalilni temepraturi in popuščne temperature. število interakcij, ki bi se lahko še upravičeno upoštevale, je še večje, toda ne moremo si privoščiti velikega računa, če nimamo zelo veliko zbranih podatkov o toplotni obdelavi.
Kot smo pri naših računih ugotovili, so bile vse te domnevne interakcije malo pomembne.
To je razumljivo, saj imamo veliko možnosti variacij toplotne obdelave že, če spreminjamo po-puščne temperature ter kalilna sredstva.
Rezultat računalniške obdelave je ugotovljena regresijska odvisnost trdote od popuščne temperature. Bolj poredko smo ugotovili regresijsko odvisnost trdote od dimenzij izdelka, kar je normalno, saj ta odvisnost tudi ni želena, temveč je samo posledica učinka mase in se pojavlja predvsem pri utopih, ki so kaljeni s komprimiranim zrakom.
V diagrame, ki predpisujejo toplotno obdelavo, smo vrisali pasove, znotraj katerih nastopa 68 % vseh vrednosti trdot. Takšno območje vrednosti imenujemo sigma pas. Ta je ožji za izdelke, ki jih kalimo na mirnem zraku, kot za tiste, ki jih kalimo s komprimiranim zrakom, (si. 1 in si. 2). Z izračuni smo dobili koeficiente determinacije, ki so tudi podani v diagramih. Koeficient determinacije r2 pove, kakšna je trdnost povezave med neodvisno in odvisno spremenljivko. Ta koeficient je dejansko razmerje med raztrosom ali varianco, ki je odstranjena z variacijo in varianco izvirnih podatkov. Ta raztros imenujemo cr2.
500
r2 =
z'y2
570
Čas2.predg.(h) Časno kal. temp.(h) I Stopnje ogrev.(°C)
Cas na pop temp.(°C) Teža kosa (kg)
420 f=S0 /.= 10,5, J, 0,1 R= 0,72 FA 0,52
570 550 590" 600~
Popuščna temperatura(°C)
Slika 1
Toplotna obdelava trnov, polnih batov, puš in recipientov. Kaljenje s komprimiranim zrakom.
Fig. 1
Heat treatment of mandrils, massive pistons, bushes, and recipients. Quenched by compressed air.
580 590 600 610 620 Popuščna temperatura (°C)
Slika 2
Toplotna obdelava trnov, polnih batov, puš in recipientov. Kaljenje na mirnem zraku.
Fig. 2
Heat treatment of mandrils, massive pistons, bushes and recipients. Quenched in air.
Korelacijski koeficient pove, kolikšen delež variacij je pojasnjen z regresijsko krivuljo. Diagram kaže samo korelacijsko krivuljo in je opremljen s korelacijskim koeficientom ali pa lahko kaže delež pojasnjenih vrednosti, torej popolnost prile-ganja krivulje resničnim podatkom. Na slikah vidimo poleg označenih prostostnih stopenj f tudi korelacijske koeficiente, ki so označeni z R. Da bi lažje razumeli podatke tabele in diagramov, si predstavljajmo pri korelacijskem koeficientu R = 0,3 ali manj, da ne obstaja pomembna odvisnost med spremenljivkami, če je ta koeficient med 0,5 in 0,7 je zveza pomembna, pri 0,7 do 0,9 je tesna in nad 0,9 je zelo tesna, skoraj funkcijska povezava, med obravnavanimi spremenljivkami. Natančnejše formulacije pa povedo, kakšen je ta koeficient, če ni korelacijske zveze, če ni nikakršne korelacije, je za verjetnostno raven 0,10 (to je 10 %) in prostostno stopnjo 20 korelacijski koeficient lahko do 0,36, za prostostno stopnjo 50 pa 0,23. Za verjetnostno raven 0,05 pa je pri prostost-ni stopnji 20 koeficient samo 0,42 in za prostostno stopnjo 50 samo 0,27. Torej je v tem primeru samo 0,05 možnosti, da se pojavi korelacijski koeficient,
Slika 3
Raztros trdot in trdnost korelacijske zveze med trdoto in popuščno temperaturo.
1.	— Puše in recipienti kaljeni na mirnem zraku.
2.	— Trni, bati, puše in recipienti kaljeni na mirnem
zraku.
3.	— Puše in recipienti kaljeni s komprimiranim zra-
kom.
4.	— Trni in polni bati kaljeni na mirnem zraku.
5.	— Trni, bati, puše in recipienti kaljeni s komprimi-
ranim zrakom.
6.	— Trni in bati kaljeni s komprimiranim zrakom.
7.	— Utopi in puše kaljeni s komprimiranim zrakom.
Fig. 3
Scattering of hardness data and correlation betvveen the hardness and the temperature of tempering. 1 — Bushes and recipients quenched in air
2	— Mandrils, pistons, bushes and recipients quenched in
air
3	— Bushes and recipients quenched by compressed air
4 — Mandrils and massive pistons, quenched in air
5	— Mandrils pistons, bushes, and recipients quenched by
compressed air
6	— Mandrils and pistons quenched by compressed air
7 — Dies and bushes quenched by compressed air
ki 'bo večji od 0,27. Iz teh podatkov lahko sklepamo o pomembnosti naših vrednosti pri danih označenih prostostnih stopnjah in verjetnostnih ravneh. Verjetnostno raven, ki primerja dejansko porazdelitev podatkov s popolnoma naključno porazdelitvijo, opišemo s količnikom a. če je ta količnik 10 % (ali 0,10), pomeni to, da je pomembnost korelacijske zveze na ravni 90 %.
Pri naših raziskavah smo ugotovili povsod pri visokem verjetnostnem nivoju in dovolj številnih prostostnih stopnjah tesno korelacijsko zvezo, saj je tudi pri verjetnosti 0,1 korelacijski koeficient nad 0,23. Zato lahko rečemo, da v danem območju raziskav zanesljivo obstajajo korelacijske zveze.
Slika 3 prikazuje statistična merila zanesljivosti toplotne obdelave obravnavanih izdelkov.
SKLEPI
Z analizami smo ugotovili nepravilnosti kot tudi pravilnosti pri toplotni obdelavi naših utopnih jekel. Ker nismo ugotovili odvisnosti trdote od časov ogrevanj na kalilni temepraturi in tudi ne od časov popuščanj, smo lahko samo zadovoljni.
Lahko da so ti časi nekoliko predolgi, toda smo varni, kar je za prvo analizo ugodno. Daleč najpomembnejša neodvisna spremenljivka je po-puščna temperatura. Precej rahla korelacijska povezava pa lahko pomeni, da:
1.	popuščanje še ni zadosti natančno predpisano,
2.	predpisov ne upoštevamo tako vestno, kot bi jih lahko,
3.	morda preveč dejavnikov medsebojno vpliva, tako da tega z obstoječim številom podatkov ne moremo izvrednotiti.
Računi jasno pokažejo, dadobimo enakomernejše rezultirajoče trdote po kaljenju na mirnem zraku kot po kaljenju s komprimiranim zrakom. V prvem primeru nastopajo večji koeficient determinacije in manjši standardni odkloni.
Vpliv dimenzij in oblik izdelkov ni pomemben, saj lahko izračunamo skupne krivulje za različne izdelke, ki so iz enakega jekla in kaljeni v istem kalilnem sredstvu. Odvisnost trdote je podobna pri manjših in večjih, pri okroglastih in oglatih izdelkih vsaj od popuščne temperature, če že ne od drugih pogojev toplotne obdelave.
O
•a
O C
C
o a:
>
a
tu
•a a o
K
O.
O
o
a.
«
K? ^
O
a,
tu *'—.
5 a *—.
k. O Ai
to O C
v. e-h
<U A <3
E-,
rt (U ■'—i
ti! M
š 2' S
" 2 & V/l t1 o
U <U r,
0 rt
1
■a O
o
p.
>o •
S S
S o o S —
PH ~
K
bo
•a
Si c.
M T3
O i-i P.
•d o
S i-i
.g-ŠB H -
<u t—. u ■a
N
CN r>l
nO nO
O XI l-l H
in
<N
T
o r-m
S
tU
& a.
o o
g
• I—( &
'o
<D »H
tU >tn
ft,
oo O
I	a
L	s
rt	tU
s	t
-a	a
t,	°
H	&
in rO
O CM nO
O
m
o
I	^
i	s
03	(u
0	t
tj	n,
t	o
H	p,
m
O O
o
no
(N in
I	^
i	6
i	&
H	p,
T
o m
in	m	in
»—i	M	*-H
O	i	O
T3	O	■a
in	X)	in
o"	rH	o"
m nO
O on m
m
<N
O
in o
O •O
in
o"
	m		
	<N		in
rr,	O	ro	<N
O	T3	O	O
X3	in	T3	-a
i	<-h	-h	t—.
>H
n.
fl	m
5	m
S	"-1
^	N
d £
.3 nI B N
(h
a
c ^
5 2
M N
a £
.3 rt 6 N
Sh
a
c M S rt
r^ N
t--
o
oo <3\
ro o"
r-o
m o"
I	&
!	S
rt	<u
S	^
XS	P.
i	°
H	a
in <N
o m
ON
O
m
§
o £ iT
>w Ph
O
m oo
o
NO
rt rP
O &
O
nO rO
O <N
1 X)
O p,
'S
Sh
H
o o
o NO
I
l	E
rt	tu
0	^
S	°
H	&
in ro
I &
1 E rt tu
(N
o"

0 -d Sh
H
rt sh
tu
E
o T3
!h
H
g" a
rt	.
>u	p.
^	a
H
O	o	o	o
^H	iN		t^-
vo	O	nO 1	nO
o	O	O	O
r-	oo	nO	m
m	m	m	m
o
Tf
no
in
rN|

in
o"
in	in	'S-	in		in
ro	<N	O	<N	O	<N
0	O	•a	O	XI	
■a	X)	in	■a	in	
	Cn|		t-H		
in
O ■O
in cs
3
S N
Ol H P.—. P. »-H P, rt P, rt P, rt
So Oo Oo So o o Oo & S ^ £	PS
SH
P, | «
3 S

X
tU
Sh &
E^J
2
M N

0)
O m
ON
O
O
m oo
o m
D		tU	
>w		>t/>	
3		3	
P,		P,	
		•m	
	4h	■m	
rt	3	rt	CJ
rP	0)		u
	&		
S H	• r—< U tu Sh	'a H	'u s
P, O
o
m oo
o
m
o
x«
3
P.
P O
S M .U rt
8 N
i;
►_) CJ
o o
i 'S-<N
&
O
in o"
s >o
T) Sh
H
OO
o
OO
m
o
nO
m
P,
a
r<1 o"
rt
•u
"2 & H
in	in	<N	in
<N	(N	O	t—.
O	0	•a	O
T3	T3	in	-a
»-H	t—.	t-H	
O
■o
	in				
	CN	m	ro	ro	m
o	O	O	o	O	O
■a	■a	T3	-a	TJ	T3
	t—1		»-h	<N	rt
o
NO
p. o
o in nO
O «
5 S
cu
I«
5 S3
5 u
o o
ro
O O m
P
O
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird der Einfluss verschiedener Einflussfaktoren, der Warmebehandlung, der Grosse und der Form der Erzeugnisse aus Gesenkstahl auf die Harte dieser Erzeug-nisse dargestellt. Fur die gegebene Betriebspraxis ist mittels der mathematisch statistischen Analyse und durch die Bestimmung der Korelationskoefiziente festgestellt
worden, dass die Harte nur von der Anlasstemperatur beeinflusst wird und dass deren Einfluss nicht vollkom-men bestimmt ist. Diese Unbestimmtheit kann von den subjektiven wie von den objektiven Einfliissen abhangig sein.
SUMMARY
Influence of various parameters of heat treatment, and of the size and the shape of the steel products on their hardness is presented in the paper. The normal produc-tion program was analyzed statistically. The calculated correlation coefficients showed that only the temperature
of tempering influences the hardness but its influence is nto clearly defined. Undeterminable relationships may be caused by subjective and objective conditions in the heat treatment.
3AKAIOTEHHE
B cTaTbe paccMOTpenbi pa3HMe bahhhhh, KOTopue 0Ka3braaeT TepMimecKaa o6pa6oTKa h <j>opMa h3acahh H3 mTaMnoBO>ihijx cTaAefi Ha iBepAOCTt sthx h3aeanis. Ha nprnuepe H3 npoMHiuAeHHofl npaK-THKH C TOlHbIM CTaTHCTHMeCKHM aHaAII30M H HCTOCAeHHeM KQ34>4)H-
UHCHTOB KOppeAaUHH OnpeAeAeHHO, MTO Ha TBepAOCTL H3AeAH» BAHSeT toabko TeMn-pa OTnycKa h, <rro 3to bahhhhe noKa eme HeAOCTaTorao BLiaCHeilHO. BblJTCHeHHe He blinoahcho BCAeACTBHH Cy6l>eKTHBHbIX H o6l,eKTHBHbIX BAHHHHH TepMIMeCKOH 06pa60TKH.