Relazione sulle Curve a U, Guide, Progetti e Ricerche di Laboratori tecnici

Scarica Relazione sulle Curve a U e più Guide, Progetti e Ricerche in PDF di Laboratori tecnici solo su Docsity! TI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE "ALESSANDRO ROSSI" 1878 VICENZA LABORATORIO DI TECNOLOGIA MECCANICA CURVEAU Alunno: OBOE Daniele Classe: 41DM Vicenza 24/04/2013 1. Scopo della prova Realizzare le curve a U per un provino di acciaio MLA0 per un raffreddamento in acqua e uno in olio. 2. Trattazione teorica Velocità di raffreddamento Quando un pezzo viene raffreddato, la velocità con cui questo avviene all'esterno è diversa da quella all'interno. Il pezzo all'esterno è a contatto con il mezzo raffreddante, mentre all'interno è presente il materiale ancora caldo. Questo viene raffreddato dall'esterno, per cui il cuore del pezzo avrà una velocità di raffreddamento più bassa. Questo fenomeno è tanto più accentuato, quanto è più grosso il pezzo. La velocità di raffreddamento del pezzo, interna ed esterna, dipende anche dal mezzo raffreddante adottato. Se il raffredìdamento è molto lento, per esempio in aria calma, le due velocità saranno molto simili tra loro. Questo perché il flusso di energia termica ceduta dal pezzo è basso e quindi la temperatura ha il tempo di uniformarsi. Diversamente se la velocità di raffreddamento è alta, per esempio in acqua, l'energia termica ceduta nell'unità di tempo è molta. Questa è di più di quella che il pezzo riesce a trasmettere al suo interno per conduzione per uniformare la temperatura. Da ciò deriva che l'esterno del pezzo avrà una velocità di raffreddamento più alta di quella interna. Come già detto, la velocità di raffreddamento dipende dal mezzo raffreddante utilizzato. Questo viene espresso dall'indice di drasticità, che viene indicato con la lettera H. Tanto più è alto il valore di H, tanto è maggiore la drasticità del raffreddamento. Qui sono riportati i mezzi raffreddanti più usati, in ordine a partire dal più drastico: Acqua salata (5 % di NaCl) Olio Acqua acidulata (4 % di HS04) Sali Acqua calda Aria in pressione Acqua di calce Aria Acqua e olio Oltre al mezzo raffreddante, è molto importante anche il suo grado di agitazione. Infatti, a parità di mezzo, se viene agitato (mescolato) il suo potere raffreddante sarà maggiore che se lascito in quiete. Se viene lascito in quiete il fluido vicino al pezzo si riscalderà e quindi poi farà più fatica a smaltire il calore. Se invece viene mescolato giunge in prossimità del pezzo sempre del fluido nuovo che è a una temperatura inferiore rispetto al caso precedente. Vale la pena osservare anche perché l'acqua salata raffredda di più dell'acqua normale. Quando il pezzo viene gettato in acqua, solitamente per il t.t. di tempra, questa viene riscaldata localmente e portata a ebollizione. Di conseguenza attorno al pezzo si formerà uno spesso strato di vapore, che avendo una bassa conducibilità termica, rallenta il raffreddamento del pezzo. Una volta che il vapore creatosi sale, l'acqua torna a contatto con il pezzo innescando nuovamente la reazione appena descritta. L'aggiunta di sale (NaCI) nell'acqua alza la temperatura di vaporizzazione di questa e diminuisce lo spessore dello strato di vapore che si forma. Questo aumenta la quantità di calore asportato al pezzo nell'unità di tempo, aumentando così la drasticità del raffreddamento. Si ricorda che la velocità di raffreddamento, e quindi il mezzo raffreddante da utilizzare, è in funzione del t.t. da eseguire e delle strutture che si vogliono ottenere. Oboe Daniele — Curve a U pag. 2 4. Procedimento Per realizzare le curve a U di un pezzo, in genere un tondo, di un determinato acciaio e avente delle dimensioni note, bisogna disporre delle curve di temprabilità Jominy di questo. Poi bisogna disporre dei diagrammi di Garber e Wyss del mezzo raffreddante che si intende utilizzare. In questi diagrammi compaiono 3 variabili: il diametro del pezzo, la distenza dall'estremità temprata riferita alle curve Jominy e la distanza dalla superficie del pezzo. Tutte le distanze sono espresse in millimetri. Per realizzare le curve a U con questi diagrammi bisogna operare nel seguente modo: Bisogna individuare il diametro desiderato sull'asse delle ordinate e spostarsi a sinistra fino a intersecare la prima curva tratteggiata. Queste indicano la distanza dalla superficie del pezzo a cui si troverà il valore di durezza ottenuto. Da questo punto di intersezione si scende in modo verticale sull'asse delle ascisse, e si legge la distanza dall'estremità temprata. La durezza ottenuta in quel punto del pezzo è uguale a quella data dalle curve Jominy a questa distanza dall'estremità temprata. Le misure successive si effettuano allo stesso modo, però bisogna spostarsi lungo il grafico seguendo la curva del proprio diametro. Noi abbiamo realizzato due curve, una per un raffreddamento in acqua e uno in olio, per due pezzi identici. 5. Risultati ottenuti Nel seguente grafico sono rappresentate le curve a U per un tondo di MLA0 raffreddato in acqua e in olio. La linea blu indica il raffreddamento in acqua, mentre quella rossa in olio. La linea verde tratteggiata indica la durezza limite sopra la quale il materiale si può definire temprato, cioè possiede almeno il 50 % di martensite. HRC HRC 55 55 — 50 50 i 45 io 45 40 40 10020 30 40 50 60 50 40 30 20 10 Distanza dal bordo del pezzo (mm) Oboe Daniele — Curve a U pag. 5 6. Conclusioni Nel grafico possiamo subito notare che con il raffreddamento ad acqua di ottiene una durezza più elevata che con quello in olio. Questo risultato è dato dal fatto che l'acqua ha un indice di drasticità più alto di quello dell'acqua. La linea tratteggiata verde indica il limite di temprabilità per un acciaio con quella percentuale di carbonio, che nel nostro caso si trova alla durezza di 43 HRC. Possiamo vedere che entrambe le curve a U sono al di sopra di questo limite, ciò significa che il pezzo risulterà completamente temprato con entrambi i mezzi di raffreddamento. Nel caso in cui la curva a U scenda al di sotto della durezza limite di tempra, avremo un diametro critico maggiore di zero. Il diametro critico è quel diametro sopra del quale il pezzo risulta temprato, e al di sotto no. Nel nostro caso il diametro critico vale zero in quanto tutto il pezzo risulta temprato. Quando si tempra un pezzo bisogna prestare attenzione a molte cose, per evitare di ottenere risultati indesiderati. Se si ottiene una durezza molto elevata potrebbe risultare impossibile eseguire lavorazioni successive come fori o filettature. Proprio per questo se si desidera eseguire una di queste lavorazioni successivamente al t.t. di tempra, non bisogna avere una durezza molto elevata all'interno del pezzo. Per ottenere una situazione di questo tipo, il pezzo deve essere temprato solo esternamente lasciando il cuore del pezzo tenero. Una durezza come questa è rappresentata da una curva a U molto accentuata, ottenibile con acciai non legati o con raffreddamenti non molto veloci. Oltre a quanto detto bisogna valutare anche l'effetto delle tensioni interne e delle distorsioni causate da un raffreddamento molto veloce. Con raffreddamenti veloci si ottengono durezze più elevate, ma anche tensioni interne più alte. Quindi qui si deve trovare un compromesso, in base ai risultati che si desidera ottenere, privilegiando sempre i raffreddamenti più lenti. Per esempio, per le curve a U realizzate in precedenza, se non è richiesta una durezza particolare nel cuore del pezzo si può privilegiare il raffreddamento in olio rispetto a quello in acqua. In questo modo la durezza ottenuta all'esterno del pezzo sarà la stessa, ma si avranno delle tensioni interne minori. Dalle schede tecniche dell'acciaio preso in considerazione (ML40 della Valbruna), possiamo ricavare che per questo materiale la tempra viene eseguita ad una temperatura di 830 — 860 °C in olio. Quindi i risultati ottenuti con le curve a U non si discostano dai dati forniti dal produttore dell'acciaio. Nel nostro caso le curve a U hanno dato dei risultati validi, ma non è sempre così. Può capitare che con certi materiali i risultati ottenuti siano diversi da quelli reali in modo consistente. Proprio per questo le curve a U non sono più regolamentate dalle norme UNI e pertanto non bisogna fare troppo affidamento su queste. In conclusione possiamo affermare che le curve a U servono per analizzare l'andamento della durezza all'interno di un pezzo e a identificare il raffreddamento più adeguato alle proprie esigenze. Però bisogna prestare attenzione ai risultati ottenuti in quanto potrebbero non essere veri. Oboe Daniele — Curve a U pag. 6