SVEUČILIŠTE U SPLITU

SVEUČILIŠNI STUDIJSKI CENTAR ZA STRUČNE STUDIJE STUDIJ STROJARSTVA

IVO MATIJAŠ

DIPLOMSKI RAD

UTJECAJ PARAMETARA POPUŠTANJA

NA DINAMIČKU IZDRŽLJIVOST

ČELIKA ZA POBOLJŠAVANJE

Split, IX 2011.

SVEUČILIŠTE U SPLITU SVEUČILIŠNI STUDIJSKI CENTAR ZA STRUČNE STUDIJE

STUDIJ STROJARSTVA

PREDMET: MATERIJALI I i II

DIPLOMSKI ZADATAK

KANDIDAT: Ivo Matijaš

TEMA DIPLIMSKOG ZADATKA: Utjecaj parametara popuštanja na dinamičku izdržljivost čelika za poboljšavanje

MENTOR: Igor Gabrić, pred.

U radu je potrebno obuhvatiti i razraditi: - uvodno o popuštanju, parametrima popuštanja i dinamičkom ispitivanju; - izvršiti odabir materijala te dizajn epruveta za ispitivanje; - planirati pokus koristeći se programskim paketom «Design expert» (parametri

ispitivanja, broj pokusa); - provesti pokus koristeći vrijednosti parametara odabranih planom pokusa; - ispitati mikrostrukture za različite parametre ispitivanja; - izmjeriti tvrdoće epruveta zbog ispitivanja utjecaja parametara popuštanja; - statistički obraditi rezultate ispitivanja koristeći centralno kompozitni plan, te

odrediti funkcije odziva; - iznijeti zaključke o utjecaju odabranih parametara popuštanja na dinamičku

izdržljivost i tvrdoću nakon popuštanja; - navesti literaturu i izvore podataka.

Zadatak je predan kandidatu: 21. srpnja 2011.

Rok za predaju diplomskog rada: 21. rujna 2011. Diplomski rad predan diplomskom Mentor: povjerenstvu: Igor Gabrić, pred. Predsjednik diplomskog povjerenstva: Voditelj poslova diplomskog povjerenstva: Slaven Šitić, pred. Mr.sc. Ado Matoković, v. pred

Split, IX 2011.

SADRŽAJ

1. UVOD ........................................................................................................................... 1

1.1. Toplinska obrada čelika .................................................................................... 1

1.1.1. Kaljenje ................................................................................................ 2

1.1.2. Popuštanje ............................................................................................ 3

1.1.3. Poboljšavanje ....................................................................................... 5

1.2. Dinamička izdržljivost ................................................................................... 6

2. PLANIRANJE POKUSA ........................................................................................... 10

2.1. Centralno kompozitni plan pokusa .............................................................. 10

2.2. Ispitni materijal i dizajn epruvete ................................................................ 12

2.3. Stanja pokusa ............................................................................................... 13

2.3.1. Plan pokusa ........................................................................................ 14

3. EKSPERIMENTALNI RAD ...................................................................................... 15

3.1. Izviñački pokusi ............................................................................................ 15

3.2. Provedba pokusa .......................................................................................... 16

3.2.1. Kaljenje .............................................................................................. 16

3.2.2. Popuštanje uzoraka ............................................................................ 17

3.2.3. Ispitivanje dinamičke izdržljivosti ..................................................... 21

3.2.4. Ispitivanje tvrdoće .............................................................................. 23

3.2.5. Metalografski pregled ........................................................................ 24

4. STATISTIČKA OBRADA REZULTATA .............................................................. 25

4.1. Utjecaj parametara popuštanja na tvrdoću ................................................... 25

4.2. Utjecaj parametara popuštanja i naprezanja na dinamičku izdržljivost ....... 32

5. ZAKLJUČAK ............................................................................................................. 41

6. LITERATURA ........................................................................................................... 42

SAŽETAK

U ovom diplomskom zadatku istraživali smo utjecaje parametara toplinske obrade

popuštanja na vijek trajanja i tvrdoću materijala. Rad je obuhvatio proučavanje

literature, upoznavanje sa softverskim paketom „Design expert“, planiranje i izvoñenje

pokusa, metalografski pregled te statističku analizu rezultata ispitivanja.

Pokusi su provedeni na niskolegirnom čeliku za poboljšavanje oznake EN

42CrMo4 kemijskog sastava 0,41%C, 0,2 %Si, 0,75%Mn, 1,05%Cr i 0,23%Mo.

Eksperiment je planiran pomoću softverskog paketa „Design expert“. Primjenom

centralno kompozitnog plana pokusa odreñen je utjecaj faktora (parametara popuštanja)

na dinamičku izdržljivost i tvrdoću navedenog čelika. Odreñeni su i matematički modeli

koji opisuju ove ovisnosti u promatranom području.

1

1. UVOD

1.1. TOPLINSKA OBRADA ČELIKA

Svojstva i ponašanje metala i legura u proizvodnim procesima u toku eksploatacije zavise

od sastava, strukture, načina prerade i toplinske obrade kojoj mogu biti podvrgnuti. Važna

mehanička svojstva kao što su vlačna čvrstoća, tvrdoća, žilavost i plastičnost mogu se

podešavati u širokom rasponu, promjenom kemijskog sastava, promjenom veličine kristalnog

zrna, te stvaranjem novih faza u procesu toplinske obrade.

Toplinskom obradom nazivaju se procesi koji se sastoje od zagrijavanja do odreñenih

temperatura, zadržavanja na tim temperaturama odreñeno vrijeme, a zatim hlañenja odreñenom

brzinom.

Promjena strukture i stvaranje novih faza u procesu toplinske obrade čelika dogañaju se u

čvrstom stanju, a baziraju se na: svojstvu alotropske modifikacije željeza, na promjeni

rastvorivosti ugljika i legirajućih elemenata u rešetki željeza te na sposobnosti atoma da se

difuzno premještaju na povišenim temperaturama.

Da bi mogli pratiti pretvorbu austenita u druge faze u ovisnosti o brzini hlañenja potrebno

je koristiti TTT-dijagrame (engl. Temperature, Time, Transformation) koji su u pravilu različiti

za različite čelike (slika 1). Pomoću ovih dijagrama moguće je odrediti količinu pretvorenog

austenita u funkciji brzine i temperature hlañenja, a takoñer i vrste i količine nastalih faza [2].

Područja u TTT-dijagramu na slici 1. obilježena velikim slovima predstavljaju:

• A-područje čistog austenita

• F-područje pretvorbe austenita u primarni ferit

• P-područje pretvorbe austenita u perlit

• B-područje pretvorbe austenita u bejnit

• M-područje pretvorbe austenita u martenzit.

2

Slika 1. TTT-dijagram za kontinuirano hlañenje čelika 42CrMo4 [5]

1.1.1. KALJENJE

Kaljenje je postupak grijanja čelika do temperature potpune ili povećane rastvorivosti

intersticijskih elemenata nakon čega se naglo hladi u rashladnom sredstvu, najčešće vodi ili ulju

za kaljenje. Uslijed brzog hlañenja nema difuzije i prijelaza u ravnotežno stanje, nego ostane

izvitoperena kristalna rešetka. Postupke kaljenja dijelimo na direktne i izotermičke. Kod

direktnog kaljenja želimo direktno iz austenita postići martenzit. Da bi to ostvarili potrebno je

uzorak hladiti kritičnom ili nešto većom brzinom, kako bi iz austenita dobili samo martenzit.

Martenzit nije ravnotežna faza čelika (nema difuzije atoma ugljika iz željezne rešetke) pa na

sobnoj temperaturi imamo prezasićenu α rešetku željeza, koja je zbog toga izvitoperena. Ovakvo

3

stanje ima za posljedicu blokiranje svih kliznih pravaca i ravnina što direktno utječe na

povećanje čvrstoće čelika. Uslijed velike brzine hlañenja dobiva se i sitno zrno koje takoñer ima

utjecaja na povećanje tvrdoće i čvrstoće. Za razliku od toga dolazi do pada žilavosti i

rastezljivosti. Na slici 2.a prikazan je primjer kaljenja kontinuiranim načinom do sobne

temperature, a na slici 2.b diskontinuirano, odnosno pothlañenjem do tIZ, zadržavanjem na toj

temperaturi i dalje hlañenjem do sobne temperature.

a) kontinuirano hlañenje b) diskontinuirano hlañenje

Slika 2. Dijagrami toplinske obrade kaljenja

1.1.2. POPUŠTANJE

Popuštanje je postupak toplinske obrade kojem je cilj eliminirati zaostala naprezanja i

krtost te transformirati tvrdi martenzit koji nema izražena svojstva rastezljivosti i žilavosti.

Postupak se sastoji od zagrijavanja zakaljenog čelika na temperaturu nižu od Ac1 a kao rezultat

se dobije struktura smanjene tvrdoće, čvrstoće i granice elastičnosti uz povećanje žilavosti i

rastezljivosti, što je vidljivo iz dijagrama na slici 3.

Svojstva nakon popuštanja prethodno zakaljenog čelika zavise o primijenjenoj temperaturi

popuštanja, ali i o trajanju zadržavanja na toj temperaturi. Teži se odreñivanju optimalnih

parametara popuštanja s ciljem skraćivanja ciklusa ove toplinske obrade.

4

Američki znanstvenici Hollomon i Jeffe su postavili parametarski zakon popuštanja koji

glasi:

H = f [ P ]

P= ⋅+

1000

15,273 tC+log(τ))

gdje je:

H tvrdoća

P Hollomon – Jaffe –ov parametar

t temperatura u ºC

τ trajanje (vrijeme) popuštanja u satima

c konstanta za dotični čelik ovisi o sadržaju ugljika (iznosi c≈20 za niskolegirane

čelike, može se računati prema formuli C=21,3–(5,8·%ugljika)) [4].

tj. tvrdoća je funkcija parametra P, što znači: dokle je god parametar P konstantan, tvrdoća će biti

ista, bilo uz primjenu kraćeg trajanja i više temperature popuštanja ili dužeg trajanja i niže

temperature popuštanja.

Slika 3. Mehanička svojstva čelika 42CrMo4 u ovisnosti o temperaturi popuštanja [5]

5

1.1.3. POBOLJŠAVANJE

Postupak poboljšavanja provodimo sa svrhom povećanja žilavosti i rastezljivosti na račun

pada tvrdoće i čvrstoće. Provodi se na elementima strojeva koji su dinamički opterećeni te se

nastoji postići kompromis mehaničkih svojstava. Poboljšavanje se sastoji od toplinske obrade

kaljenja sa pravilne temperature austenitizacije i naknadnog visokog popuštanja na

temperaturama 450÷650 ºC, (vidi sliku 4). Optimalni sadržaj ugljika kod ovog načina toplinske

obrade je 0,3÷0,35 %C jer tako dobijemo kubni martenzit umjesto krtog tetragonalnog

martenzita. Kaljenjem lamelarni eutektoid pretvaramo u martenzit koji u fazi popuštanja prelazi

u eutektoid, ali u zrnatom obliku. Konačan rezultat poboljšavanja je zrnasti eutektoidi.

Slika 4. Dijagram toplinske obrade poboljšavanja

6

1.2. DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST

Metalne konstrukcije podvrgnute promjenjivom ili cikličkom opterećenju mogu popustiti, a

da nikada ne dožive projektna statička opterećenja. Takav se tip oštećenja konstrukcija, koji se

sastoji od nastanka i širenja pukotine ili više njih, naziva zamor materijala. Otpornost

konstrukcije prema takvom obliku oštećenja naziva se dinamička izdržljivost.

Zamor materijala je proces akumuliranja oštećenja, ciklus po ciklus, u materijalu koji

uslijed izloženosti opterećenju doživljava promjenljiva vlačna naprezanja niža od granice

razvlačenja. Do loma dolazi nakon odreñenog broja promjena opterećenja, kad akumulirano

oštećenje dosegne kritičnu razinu, odnosno kada preostali dio poprečnog presjeka više ne može

podnijeti opterećenje. Proces zamora materijala sastoji se od tri faze:

1. Začetka (stvaranja) pukotine

2. Širenja (napredovanja, rasta) pukotine

3. Konačnog loma (preostalog dijela poprečnog presjeka).

Začetak zamorne pukotine obično je lokalizirani fenomen koji ishodište ima u jednoj točki.

Do nastajanja zamornih pukotina uglavnom dolazi na površini materijala, gdje je plastično

deformiranje olakšano i koje se stoga može javiti pri nižim razinama naprezanja. Nadalje

naprezanja u materijalu su nehomogena i obično su najveća na površini uslijed njene hrapavosti,

prisutnosti oštećenja ili promjenjive geometrije konstrukcije. Kada se površina poprečnog

presjeka smanji toliko da nosivi dio presjeka više ne može podnijeti radno opterećenje, dolazi do

konačnog popuštanja. Ono se može javiti preko tri osnovna mehanizma: krtog loma, žilavog

loma ili plastičnog popuštanja, ovisno o žilavosti materijala, opterećenju i temperaturi.

Relativno trajanje tri faze napredovanja pukotine ovisi o mnogo faktora kao što su svojstva

materijala, geometrija pukotine, krutost konstrukcije, amplitude naprezanja, korozija, održavanje

konstrukcije... Cilj analize zamora je ostvarenje takve konstrukcije za koju će vrijeme trajanja

opisane tri faze uvijek biti veće od predviñenog vijeka trajanja konstrukcije.

Na slici 5 prikazana je klizna ravnina koja se najčešće formira na granici sa nedeformiranim

zrnima, a daljnja ciklička opterećenja uzrokuju klizanje i rast mikropukotina [6].

7

Slika 5. Formirana klizna ravnina na granici plastično i elastično deformiranog zrna

Izvor pukotine može biti i mekana intergranularna zona u kojoj se formira točka iz koje se

iniciraju tri mikropukotine, svaka u svome smjeru, slika 6.

Slika 6. Tri primjera začeća mikropukotina na jednom izvoru kod Cr-Mo čelika [6]

Statistička analiza lomova strojnih dijelova pokazuje da preko 80 % svih lomova nastaje

kao posljedica zamora materijala. Pokretni dijelovi strojeva redovito su izloženi promjenjivim

naprezanjima bez obzira na karakter vanjskog opterećenja. Tako, na primjer, rotirajuća osovina

8

opterećena u odreñenom presjeku konstantnim momentom savijanja oko osi bit će izložena

naizmjenično promjenjivim normalnim naprezanjima.

Mjerodavno svojstvo čvrstoće, pri promjenjivim naprezanjima, strojnih dijelova jest

dinamička čvrstoća (ili granica zamora), koja se dobije ispitivanjem na zamor samog strojnog

dijela, ili češće, proračuna na temelju ispitivanja na zamor probne epruvete, izrañene od istog

materijala kao i strojni dio. Epruvete su definirane odgovarajućim standardom, ali ako su

okrugle, promjer im je najčešće 7[mm], a površina polirana [6].

Epruvete su izložene periodično promjenjivim opterećenjima odreñenog intenziteta, sve do

pojave loma. Ispitivanja se provode za odreñeni koeficijent asimetrije ciklusa naprezanja:

r=max

min

σ

σ

gdje je:

r koeficijent asimetrije ciklusa naprezanja

σmin [N/mm2] minimalno naprezanje ciklusa naprezanja

σmax [N/mm2] maksimalno naprezanje ciklusa naprezanja

Najčešće je r = -1 i r = 0, ali za nekoliko različitih nivoa maksimalnih naprezanja. Za svaki

od ovih nivoa naprezanja bilježi se broj ciklusa naprezanja N, nakon kojeg je došlo do loma

epruvete. Rezultati ispitivanja unose se u σ−N dijagram, a dobivena krivulja odgovara

eksponencijalnoj krivulji poznatoj pod imenom Wöhler-ova krivulja (po njemačkom inženjeru,

koji je prvi izveo opisane eksperimente), ili krivulja dinamičke čvrstoće materijala, slika 7.

Wöhlerova krivulja se asimptotski približava pravcu σ = Rd, pri čemu se Rd naziva trajnom

dinamičkom čvrstoćom materijala izloženog ciklički promjenjivim naprezanjima s koeficijentom

asimetrije ciklusa r. Očito, trajna dinamička čvrstoća materijala je ono maksimalno naprezanje,

ciklusa asimetrije r, pri kojem epruveta doživi beskonačno mnogo ciklusa, tj. neograničeni vijek

trajanja.

9

Slika 7. Wöhlerova krivulja

Ovisnost trajne dinamičke čvrstoće o srednjem naprezanju nam daje Smith-ov dijagram na

slici 8. Pomoću Smith-ovog dijagrama možemo odrediti trajnu dinamičku čvrstoću za bilo koji

koeficijent asimetrije ciklusa u rasponu 1 ≤ r < 1.

Slika 8. Shematizirani Smithov dijagram

10

2. PLANIRANJE POKUSA

2.1. CENTRALNO KOMPOZITNI PLAN POKUSA

U strojarstvu eksperiment ima veliku ulogu pri razvoju i poboljšavanju procesa

proizvodnje. Svrha korištenja metoda planiranja pokusa je dobiti što više informacija o

istraživanom sustavu uz minimum eksperimentalnog i financijskog angažmana. Da bi to postigli

potrebno je odabrati strukturirani plan u kojem se ulazni faktori variraju na organizirani način,

kako bi se dobili utjecaji pojedinih faktora na odreñeni odziv, odnosno optimizirao odziv s

najmanje moguće varijabilnosti.

Za ovo istraživanje odlučeno je primijeniti centralno kompozitni plan pokusa uz

koeficijent α=1,682. Centralno kompozitni plan pokusa (central composite design, CCD) se

svrstava u nefaktorijalne planove iako je svaki faktor variran na pet razina, ali se ne koriste sve

kombinacije razina. CCD pripada u skupinu planova pokusa višeg reda, takozvana metoda

odzivne površine. Metoda odzivne površine obuhvaća skup statističkih i matematičkih metoda

koje se primjenjuju za razvoj, poboljšavanje i optimiranje procesa. Mjerljiva veličina kvalitete

proizvoda ili procesa naziva se odziv. Svrha plana pokusa je pronalaženje matematičkog modela,

u našem slučaju polinoma II stupnja koji opisuje proces. Ako su proučavani faktori u pokusu

doista oni koji utječu na proces, a podatci dobiveni pokusom prihvatljive točnosti, tada je

moguće razviti model koji vjerodostojno opisuje proces. CCD je model I. reda (2k) proširen

dodatnim točkama (stanjima pokusa) u centru i točkama u osima da bi se omogućila procjena

parametara modela II. reda. CCD se sastoji od 2k stanja u vrhovima (faktorska stanja), 2k stanja

u osima i stanja u središtu (gdje je: k – broj faktora).

Za k = 3 (faktori su x1, x2 i x3) na slici 9 prikazan je model centralno kompozitnog pokusa

u kojem je broj pokusa iznosi N=2k+2k+n0, pri čemu je n0 broj ponavljanja srednje točke. Za

n0=1 i k=3 ukupan broj pokusa N iznosi 15.

11

Slika 9. Centralno kompozitni plan pokusa za tri faktora [3]

Poželjna karakteristika svakoga pokusa je meñusobna nezavisnost procjena glavnih efekata

i njihovih interakcija, što se postiže ortogonalnošću i okretljivošću pokusa. Pokus je ortogonalan

ako je zbroj produkata kodiranih stanja bilo kojih dviju kolona u matrici pokusa jednak nuli.

Okretljivost plana omogućuje dobivanje maksimalne nepristrane informacije pri čemu varijanca

odziva u bilo kojoj točki ovisi samo od udaljenosti te točke od centralne točke. Okretljivost se

postiže ukoliko je vrijednost α=(nf)1/4 , gdje je nf broj točaka faktorskog plana. Za ortogonalan i

okretljiv plan potrebno je osigurati vrijednost α iz uvjeta okretljivosti, te upotrijebiti broj

centralnih točaka tako da vrijedi n0= 4(nf )1/2 + 4 - 2k. U slučaju ortogonalanog i okretljivog

centralno kompozitnog plana za tri faktora vrijedi α=1,682 i n0=9.

Jednadžba (polinom II. stupnja) kojom se opisuje proces (odzivna funkcija) za općeniti

slučaj glasi (k faktora pokusa):

y = b0 + b1· x1 + ... bk· xk + b12·x1·x2 + b13·x1·x3 + ...+ bk-1,k · xk-1 · xk +b11 · x12

+…bkk·x2k

pri čemu se koeficijenti b0... bk odreñuju primjenom metode minimalne sume kvadratnih

odstupanja računskih i stvarnih vrijednosti [3, 7, 8, 9].

12

2.2. ISPITNI MATERIJAL I DIZAJN EPRUVETE

Za pokus smo izabrali čelik za poboljšanje oznake 42CrMo4 kemijskog sastava prikazanog

u tablici 1 [5].

Tablica 1. Kemijski sastav čelika 42CrMo4 (količinski udio[%]).

C Si Mn Cr Mo

0.41 0.20 0.75 1.05 0.23

Ubraja se meñu niskolegirne čelike. Poznat je zbog dobre žilavosti, visoke torzijske i

dinamičke čvrstoće. Koristi se za statičke i dinamički opterećene dijelove vozila, motora i

strojeva. Takoñer se, zbog svoje dobre prokaljivosti, koristi za izradu dijelova velikih presjeka,

koljenastih vratila i zupčanika.

Mehanička i fizička svojstva čelika 42CrMo4 u poboljšanom stanju vidljiva su u tablici 2 [5].

Tablica 2. Mehanička svojstva čelika 42CrMo4 u poboljšanom stanju

Svojstvo Vrijednost

Modul elastičnosti E 190÷210 · 103

Vlačna čvrstoća Rm 1100-1300 N/mm2

Konvencionalna granica tečenja Rp0.2 900 N/mm2

Produljenje A 10 %

Kontrakcija C 40 %

Udarna žilavost Kv 35 J

Gustoća ρρρρ 7,84 g/mm2

Za dinamičko ispitivanje izradili smo epruvete na tokarilici, sa suženjem u središnjem

dijelu, vidi sliku 10.

Odabran je promjer suženja – „vrata“ epruvete d=6[mm]. Promjeri krajeva epruvete su ø12[mm]

i ø14[mm], što odgovara dimenzijama steznih čahura rotacione umaralice (R.R.Moore tip).

13

Slika 10. Epruveta za dinamičko ispitivanje

2.3. STANJA POKUSA

S pomoću računala i programa ˝Design Expert˝ generirano je 20 stanja pokusa. Tablica 3

prikazuje redoslijed izvoñenja i parametre obrade za svako stanje pokusa.

Tablica 3. Redoslijed izvoñenja pokusa i parametri pokusa

broj epruvete

temperatura trajanje dinamičko

opterećenje sati minuta

9 503 1 8 450

7 540 1 42 480

5 540 0 36 480

1 540 0 36 420

3 540 1 42 420

20 595 1 8 450

11 595 0 13 450

13 595 1 8 400

16 595 1 8 450

19 595 1 8 450

12 595 2 4 450

14 595 1 8 500

15 595 1 8 450

17 595 1 8 450

18 595 1 8 450

4 650 1 42 420

6 650 0 36 480

8 650 1 42 480

2 650 0 36 420

10 687 1 8 450

14

2.3.1. PLAN POKUSA

Na slici 11 prikazan je centralno kompozitni plan pokusa za 3 faktora (vrijeme popuštanja,

temperatura popuštanja i naprezanje). Svaki faktor variran je na 5 nivoa (+α; –α; +1; –1; 0).

Simbol ¤ označava centralnu točku gdje razina svakog faktora ima srednju vrijednost a koja se

ponavlja 6 puta. Time se postiže smanjenje varijance i dobra procjena čiste greške. Simbol □

označava 6 aksijalnih točaka udaljenih α=1,682 od središta. Simbol ○ označava 8 vršnih točaka

plana pokusa.

Slika 11. Centralno kompozitni plan pokusa za 3 faktora

15

3. EKSPERIMENTALNI RAD

3.1. IZVIðAČKI POKUSI

U svrhu testiranja isporučenog materijala izradili smo dvije epruvete te izmjerili tvrdoću

koja je iznosila 222,5 HV30 što približno odgovara čvrstoći materijala od 750 [MPa]. Iz Smith-

ovog dijagrama za Č.4732 (slika 12) [1] smo odredili vrijednost dinamičke čvrstoće (za r=-1

Rd≈420[MPa]). Za naš izviñački pokus epruvete smo dinamički opteretili silom od 520 [MPa] u

rotacionoj umaralici te mjerili vrijeme (cikluse) do trenutka nastanka loma. Obje epruvete su

izdržale približno 5 [min] tj. 14100 ciklusa promjene opterećenja. Na temelju tih podataka smo

odabrali područje naprezanja od σ = 420÷480 [N/mm2].

Slika 12. Shematizirani Smithov dijagram za Č.4732

+Rd

-Rd

16

3.2. PROVEDBA POKUSA

3.2.1. KALJENJE

U svrhu odreñivanja temperature kaljenja korišten je strojarski priručnik - B.Kraut [1]. Za

naš čelik Č.4732 temperatura austenitizacije iznosi tA=820-850 °C za hlañenje u ulju za kaljenje.

Usvajamo tA =850 °C. Način grijanja i vrijeme držanja na temperaturi austenitizacije tA za veće

izratke i komplicirane oblike odreñuju se temeljem iskustvenih formula i dijagrama raspoloživih

u stručnoj literaturi, a u funkciji oblika, dimenzija izratka, načinu slaganja izradaka u peći te

kemijskog sastava (C-ekvivalent). Za naš uzorak (jednostavnog oblika) odredili smo tA

iskustvenim putem, odnosno za svaki milimetar promjera vrijeme držanja iznosi jednu minutu u

prethodno zagrijanoj peći. U našem slučaju usvajamo vrijeme držanja uzorka u zagrijanoj peći

15[min]. Za grijanje uzoraka na temperaturu austenitizacije koristili smo komornu peć (slika 13).

Kaljenje je obavljeno hlañenjem u ulju pri sobnoj temperaturi.

Epruvete nisu bile obrañene na konačnu mjeru zbog toplinske obrade kako ne bi došlo do

razugljičenja ispitivanog presjeka (korištene peći nemaju zaštitnu atmosferu). Obrada epruveta,

skidanjem čestica, obavljena je po završetku cijelog postupka toplinske obrade.

Nakon kaljenja izmjerena tvrdoća epruveta je iznosila oko 620 HV30 što prema Burns-

ovom dijagramu odgovara faznom sastavu 100% martenzita. Time smo potvrdili valjanost

postupka kaljenja.

Slika 13. Zagrijavanje uzoraka u komornoj peći

17

3.2.2. POPUŠTANJE UZORAKA

Popuštanje uzoraka (označeni brojevima od 1 do 20) smo obavljali u komornoj peći na

prethodno odreñenoj temperaturi te ih zadržavali odreñeno vrijeme prema planu pokusa (tablica

3). Temperaturu u peći smo kontrolirali koristeći digitalni IC termometar, vidi sliku 14, a

podešavali je regulacijskim termometrom same peći.

.

Slika 14. Kontrola temperature popuštanja

Uzorke smo nakon vañenja iz peći hladili kontinuirano na zraku do sobne temperature, vidi

sliku 15.

Slika 15. Hlañenje uzoraka nakon popuštanja

18

Toplinska obrada uzoraka odnosno postupci kaljenja i popuštanja prikazani su

dijagramima toplinske obrade na slici 16 a, b i c za svaki uzorak.

Slika 16 a. Dijagrami toplinske obrade uzoraka

19

Slika 16 b. Dijagrami toplinske obrade uzoraka

20

Slika 16 c. Dijagrami toplinske obrade uzoraka

21

3.2.3. ISPITIVANJE DINAMIČKE IZDRŽLJIVOSTI

Nakon toplinske obrade uzoraka obavili smo završnu obradu epruveta (vidi sliku 10)

skidanjem čestica pomoću tokarilice. Ispitivanje dinamičke izdržljivosti obavljeno je prema

planu pokusa za područje naprezanja σ = 400÷500 [N/mm2]. Odabrana naprezanja, koja

odgovaraju vanjskom promjeru grla epruvete, su dobivena različitim utezima na kraku od

105[mm], prema slici 17. Na slikama 18 i 19 prikazan je tijek ispitivanja te lom epruvete. Na

slici 20. vidimo epruvete prije i nakon ispitivanja. Rezultati ispitivanja prikazani su u tablici 11.

Slika 17. Rotaciona umaralica Slika 18. Ispitivanje dinamičke izdržljivosti

Za svako potrebno opterećenje (400, 420, 450 480 i 500 [N/mm2]) prema planu pokusa

napravili smo proračun opterećenja u Excel-u, tablica 3.

Tablica 4. Proračun opterećenja za naprezanje od 420 [N/mm2].

promjer suženja epruvete d 6 mm

moment M 8906,42 N/mm

udaljenost hvatišta sile do suženja l 105 mm

potrebno ukupno opterećenje F 84,82 N

moment otpora presjeka Wx 21,21 mm3

željeno maksimalno naprezanje presjeka s 420 N/mm2

potrebna masa utega na kraju epruvete m 8,65 kg

22

Slika 19. Lom epruvete

Ispitivanje smo vršili u laboratoriju za materijale na rotacionoj umaralici instalirane snage

1,5[kW] koja ima 2820 [okr./min]. Temperatura okoline za vrijeme trajanja pokusa iznosila je

28°C. Epruvete su učvršćene u čeljusti umaralice uz pomoć steznih čahura. Sama umaralica je

elastično učvršćena na podlogu zbog smanjenja vibracija koje mogu utjecati na rezultate.

Slika 20. Epruvete prije i nakon pokusa

23

3.2.4. ISPITIVANJE TVRDOĆE

Nakon provedene toplinske obrade i ispitivanja dinamičke izdržljivosti mjerili smo tvrdoću

epruveta po Vickers-u s opterećenjem od 30[kp]. Od svake epruvete smo izrezali uzorak duljine

≈2[cm] te ga brusili uz intenzivno hlañenje vodom. Na izbrušenim dijelovima jasno su se

ocrtavali bridovi otiska Vickers-ove piramide.

Tablica 5. Rezultati mjerenja tvrdoće po HV30 metodi

Broj Izmjerene vrijednosti tvrdoće po HV30 metodi Srednja

1 347,7 347,7 330,9 342,1

2 287,4 287,4 300,9 291,9

3 330,9 315,4 315,4 320,6

4 274,7 274,7 262,9 270,8

5 347,7 347,7 330,9 342,1

6 274,7 262,9 274,7 270,8

7 300,9 315,4 315,4 310,6

8 262,9 251,8 241,5 252,1

9 385,3 365,8 365,8 372,3

10 262,9 274,7 287,4 275,0

11 385,3 347,7 365,8 366,3

12 315,4 330,9 347,7 331,3

13 347,7 330,9 330,9 336,5

14 330,9 315,4 300,9 315,7

15 330,9 315,4 315,4 320,6

16 315,4 315,4 300,9 310,6

17 315,4 315,4 287,4 306,1

18 315,4 315,4 330,9 320,6

19 385,3 330,9 315,4 343,9

20 330,9 330,9 347,7 336,5

24

3.2.5. METALOGRAFSKI PREGLED

Na slici 21 su prikazane mikrostrukture nakon toplinske obrade kaljenja i popuštanja. Zbog

uočljive razlike prikazani su uzorci koji su popuštani sa različitih temperatura. Mikrostrukture su

promatrane na metalografskom mikroskopu XJP-H100 opremljenom s digitalnom kamerom.

Prije promatranja uzorci su nagrizani rastvorom „Nital“ sastava: 98,5% C2H5OH (etilni alkohol)

i 1,5% HNO3 (dušična kiselina).

Slika 21. Metalografske slike nakon toplinske obrade kaljenja i popuštanja

Na nižim temperaturama popuštanja dobili smo sitnozrnasti eutektoid u feritnoj matrici

dok je na višim temperaturama popuštanja došlo do porasta zrna, što je uzrokovalo djelomičan

pad tvrdoće, čvrstoće te smanjenje dinamičke izdržljivosti.

25

4. STATISTIČKA OBRADA REZULTATA

4.1. UTJECAJ PARAMETARA POPUŠTANJA NA TVRDOĆU

Rezultati mjerenja tvrdoća su statistički obrañeni pomoću programskog paketa DESIGN

EXPERT 6 te je pomoću navedenog software-a izrañen matematički model. U tablici 6.

prikazani su izmjerene vrijednosti tvrdoća za različite temperature popuštanja i vremena trajanja

popuštanja.

Tablica 6. Izmjerene vrijednosti tvrdoća

Prvi korak je odreñivanje vrste transformacije izlaznih veličina (odziva). U našem slučaju

nije bila potrebna transformacija, slika 22.

26

Slika 22. Transformacija odziva

Temeljem odabrane transformacije program nam sugerira funkciju koja najbolje pristaje

našem slučaju, što je prikazano u tablici 7.

Tablica 7. Ispitani modeli metodom minimalne sume kvadrata odstupanja

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

Prob>F

Mean 1.334·106 1 1.334·106 Linear 8116.72 2 4058.36 12.80 0.0017 Predloženo

2FI 0.040 1 0.040 1.136·10-4 0.9917 Quadratic 650.63 2 325.31 0.90 0.4475

Cubic 182.44 2 91.22 0.20 0.8286 Residual 2336.47 5 467.29

Total 1.345·106 13 1.035·105

Odabrana je linearna funkcija modela. Slijedeći korak je odreñivanje značajnosti modela i

članova polinoma uz pomoć analize varijance (ANOVA). Navedena analiza varijance prikazana

je u tablici 8.

27

Tablica 8. Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

Prob>F Značajnost

Model 8116.72 2 4058.36 12.80 0.0017 značajan A 7056.90 1 7056.90 22.26 0.0008 B 1059.82 1 1059.82 3.34 0.0974

Ostatak 3169.57 10 316.96 Odstupanje od modela

2620.13 6 436.69 3.18 0.1413 neznačajan

Čista greška 549.44 4 137.36 Ukupno 11286.29 12

gdje je: A-temperatura popuštanja

B-vrijeme popuštanja

F-vrijednost modela od 12.80 ukazuje na značajnost modela jer vjerojatnost da se pojavi

tako velika vrijednost uslijed šuma iznosi samo 0.17%.

Vrijednost "Prob > F" manja od 0,05% za pojedine članove predloženog matematičkog modela

govori u prilog značajnosti njihovog utjecaja. U ovom modelu je značajna vrijednost faktor A

(temperatura popuštanja).

F- vrijednost veličine odstupanja od modela od 3.18 znači da ova veličina nije značajna u

odnosu na čistu grešku. Postoji vjerojatnost od 14.13% tako velike F-vrijednosti. Odstupanje od

modela nastaje zbog šuma. S obzirom da odstupanje od modela nije značajno, model je

prihvaćen i nastavlja se analizirati. U tablici 9 su prikazane veličine koje opisuju kvalitetu

izrañenog matematičkog modela.

Tablica 9. Veličine koje opisuju kvalitetu izrañenog matematičkog modela.

Standardna devijacija 17.80

Aritmetička sredina 320.25

Koeficijent varijacije-% 5.56

PRESS (Predviñena suma kvadrata ostataka) 6416.85

R2-koeficijent determinacije 0.7192

Radj2- prilagoñeni koeficijent determinacije 0.6630

Rpre2- predviñeni koeficijent determinacije 0.4314

Adekvatna preciznost 9.822

28

Vrijednost Rpre2 od 0.4134 nije najbolje usklañena s vrijednošću Radj

2 koja iznosi 0.6630.

Adekvatna preciznost mjeri odnos veličina signala u odnosu na šum, a kako je omjer 9.822 veći

od tražene minimalne vrijednosti koja iznosi 4, jasno je da postoji primjeren signal i da se stoga

ovaj model može koristiti za analizu u odabranom eksperimentalnom prostoru.

U tablici 10 su prikazane procjene koeficijenata, stupnjevi slobode, procijenjena

standardna devijacija koeficijenta (standardna pogreška), donje i gornje granice intervala

povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela.

Tablica 10. Prikazane procjene koeficijenata, stupnjevi slobode, procijenjena pogreška, donje i

gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela.

Član modela

Procjena koeficijenta

Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95% Interval povjerenja donja granica

95% Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

320.35 1 4.94 309.34 331.35

A-Temperatura

-29.70 1 6.29 -43.73 -15.68 1.00

B- Vrijeme

-11.51 1 6.29 -25.53 2.51 1.00

Tablica 11 prikazuje vrijednosti izmjerenih i tvrdoća dobivenih dijagnostičkim alatima

programa Design Expert 6 analizom matematičkog modela.

Tablica 11. Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

redni broj pokusa Stvarna

vrijednost

Modelom izračunata vrijednost

Razlika

1 342.10 361.56 -19.46 2 291.90 302.16 -10.26 3 320.57 338.54 -17.97 4 270.77 279.14 -8.37 5 372.30 362.35 9.95 6 275.00 278.34 -3.34 7 366.27 336.62 29.65 8 331.33 304.07 27.26 9 336.50 320.35 16.15 10 320.57 320.35 0.22 11 310.57 320.35 -9.78 12 306.07 320.35 -14.28 13 320.57 320.35 0.22

29

Na slici 23 prikazan je normalizirani graf vjerojatnosti odstupanja izrañenog modela.

Vidljivo je da nema velikih odstupanja niti obrasca raspodjele ostataka od normalne razdiobe, što

upućuje na dobru transformaciju odziva (tvrdoće).

DESIGN-EXPERT PlotTv rdoca

Odstupanja

Norm

aln

a V

jero

jatn

ost

%

Normalizirani graf odstupanja

-19.4564 -7.18073 5.09497 17.3707 29.6464

1

5

10

20

30

50

70

80

90

95

99

Slika 23. Normalizirani graf vjerojatnosti odstupanja

Završni matematički model s kodiranim faktorima:

Tvrdoća = +320.35 – 29.70 · A – 11.51 · B

Završni matematički model sa starnim faktorima:

Tvrdoća = +665.71636 – 0.54001 · Temperatura – 20.92711 · Vrijeme

Na slici 24 je konturni prikaz matematičkog modela zavisnosti tvrdoće o ulaznim

parametrima procesa poboljšavanja, a na slici 25, 3D prikaz odzivnih površina navedenog

matematičkog modela.

30

DESIGN-EXPERT Plot

Tv rdocaDesign Points

X = A: TemperaturaY = B: Vrijeme

Tvrdoca [HV30]

A: Temperatura [C]

B:

Vrije

me [

h]

540.00 567.50 595.00 622.50 650.00

0.60

0.87

1.15

1.42

1.70

292.873

306.609320.346334.083

347.82

55555

Slika 24. Konturni prikaz matematičkog modela zavisnosti tvrdoća o parametrima

popuštanja

Na slici 24 su prikazane linije (konture) konstantnih vrijednosti tvrdoća u funkciji

temperature i trajanja popuštanja. Iz slike je vidljivo da tvrdoća opada s povećanjem temperature

popuštanja te da dužim trajanjem popuštanja na nižim temperaturama i kraćim trajanjem

popuštanja na višim temperaturama dobijemo istu tvrdoću.

31

Slika 25. 3D prikaz matematičkog modela zavisnosti tvrdoće o parametrima procesa

popuštanja

Slika 25 prikazuje ovisnost tvrdoća za različite temperature popuštanja i različita vremena

trajanja popuštanja. Iz slike je uočljivo da temperatura popuštanja ima znatan utjecaj na tvrdoću,

odnosno porastom temperature popuštanja tvrdoća znatnije opada. Trajanje popuštanja u

promatranom intervalu nema značajnijeg utjecaja na tvrdoću, odnosno duljim trajanjem

popuštanja tvrdoća blago opada.

32

4.2. UTJECAJ PARAMETARA POPUŠTANJA I NAPREZANJA NA

DINAMIČKU IZDRŽLJIVOST

U tablici 12. su prikazani rezultati dobiveni mjerenjem dinamičke izdržljivosti izraženi

brojem ciklusa po stanjima (točkama) pokusa. Stanje pokusa br. 19 izuzeto je iz obrade jer je

statistička analiza pokazala da odziv u toj točki ne odgovara modelu.

Tablica 12. Rezultati dinamičke izdržljivosti po stanjima pokusa

Na slici 26 je prikazano odreñivanje transformacije izlaznih veličina (odziva). Iterativno

smo zaključili da je odgovarajuća transformacija odziva logaritam sa bazom 10.

33

Slika 26. Transformacija odziva

Temeljem odabrane transformacije program nam sugerira funkciju koja najbolje pristaje

našem slučaju, što je prikazano u tablici 13.

Tablica 13. Ispitani modeli metodom sume kvadrata

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-

Vrijednost

Prob>F

Mean 509.57 1 509.57 Linear 0.99 3 0.33 6.52 0.0049 Predloženo

2FI 0.092 3 0.031 0.55 0.6602 Quadratic 0.083 3 0.028 0.42 0.7427

Cubic 0.23 4 0.058 0.80 0.5712 Residual 0.36 5 0.072

Total 511.33 19 26.91

I u ovom slučaju odabrana je linearna funkcija modela. Slijedeći korak je odreñivanje

značajnosti modela i članova polinoma uz pomoć analize varijance (ANOVA). Navedena analiza

varijance prikazana je u tablici 14.

34

Tablica 14. Rezultati analize varijance

Izvor

varijacije

Suma

kvadrata

odstupanja

Broj

stupnjeva

slobode

Srednji

kvadrat

odstupanja

F-

vrijednost

P-Vrijednost

Prob>F Značajnost

Model 0.99 3 0.33 6.52 0.0049 značajan A 0.55 1 0.55 10.77 0.0050 B 0.044 1 0.044 0.87 0.3661 C 0.32 1 0.32 6.35 0.0236

Ostatak 0.76 15 0.051 Odstupanje od modela

0.40 10 0.040 0.57 0.7931 neznačajan

Čista greška 0.36 5 0.072 Ukupno 1.76 18

gdje je: A-temperatura popuštanja

B-vrijeme popuštanja

C-naprezanje

F-vrijednost modela od 6.52 ukazuje na značajnost modela jer vjerojatnost da se pojavi

tako velika vrijednost uslijed šuma iznosi samo 0.49%. Vrijednost "Prob > F" manja od 0,05%

za pojedine članove predloženog matematičkog modela govori u prilog značajnosti njihovog

utjecaja. U ovom modelu su značajni faktori A (temperatura popuštanja) i C (naprezanje).

F- vrijednost veličine odstupanje od modela od 0.57 znači da ova veličina nije značajna u

odnosu na čistu grešku. Postoji vjerojatnost od 79.31% da tako velike F-vrijednosti zbog šuma. S

obzirom da odstupanje od modela nije značajno, model je prihvaćen i nastavlja se analizirati. U

tablici 15. su prikazane veličine koje opisuju kvalitetu izrañenog matematičkog modela.

35

Tablica 15. Veličine koje opisuju kvalitetu izrañenog matematičkog modela.

Standardna devijacija 0.23

Aritmetička sredina 5.18

Koeficijent varijacije-% 4.35

PRESS (Predviñena suma kvadrata ostataka) 1.21

R2-koeficijent determinacije 0.5658

Radj2- prilagoñeni koeficijent determinacije 0.4790

Rpre2- predviñeni koeficijent determinacije 0.3130

Adekvatna preciznost 8.331

Vrijednost Rpre2 od 0.3130 je usklañena s vrijednošću Radj

2 koja iznosi 0.4790. Adekvatna

preciznost mjeri odnos veličina signala u odnosu na šum, a kako je omjer 8.331 veći od traženog

minimuma koji iznosi 4, jasno je da postoji primjeren signal i da se stoga ovaj model može

koristiti za analizu u eksperimentalnom prostoru.

U tablici 16. su prikazane procjene koeficijenata, stupnjevi slobode, procijenjena

standardna devijacija koeficijenta (standardna pogreška), donje i gornje granice intervala

povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela.

Tablica 16. Procjene koeficijenata, stupnjevi slobode, procijenjena standardna pogreška, donje i gornje granice intervala povjerenja i faktor inflacije varijance za svaki član modela.

Član modela

Procjena koeficijenta

Stupnjevi slobode

Standarna pogreška

95% Interval povjerenja donja granica

95% Interval povjerenja gornja granica

Faktor inflacije varijance

Slobodni član

5.17 1 0.052 5.06 5.28

A-Temperatura

-0.21 1 0.064 -0.35 -0.074

1.02

B- Vrijeme

0.060 1 0.064 -0.077 0.20 1.02

C- Naprezanje

-0.16 1 0.064 -0.30 -0.025 1.02

36

Tablica 17 prikazuje vrijednosti pokusom odreñenih brojeva ciklusa i dobivenih

matematičkim modelom koji je generiran statističkom analizom uz pomoć programa Design

Expert 6.

Tablica 17. Prikaz stvarnih i modelnih vrijednosti odziva

Redni broj pokusa

Stvarna vrijednost

Modelom predviñena vrijednost

Ostatak

1 5.24 5.48 -0.25 3 5.76 5.60 0.15 4 5.38 5.18 0.20 5 5.01 5.16 -0.16 6 4.90 4.74 0.16 7 5.17 5.28 -0.11 8 4.87 4.86 3.799·10-3 9 5.62 5.53 0.097 10 4.49 4.82 -0.33 11 5.37 5.07 0.30 12 5.28 5.27 2.967·10-3 13 5.32 5.44 -0.12 14 4.90 4.90 -4.534·10-3 15 4.96 5.17 -0.22 16 5.28 5.17 0.11 17 4.75 5.17 -0.42 18 5.37 5.17 0.20 19 5.33 5.17 0.16 20 5.41 5.17 0.24

Na slici 27 je prikazan normalizirani graf vjerojatnosti ostataka izrañenog modela. Vidljivo

je da nema velikih odstupanja niti obrasca raspodjele ostataka od normalne razdiobe, što upućuje

dobru transformaciju odziva (broja ciklusa).

37

Slika 27. Normalizirani graf vjerojatnosti odstupanja Završni matematički model s kodiranim faktorima:

Log10 (ciklusa) = +5.17 – 0.21 · A + 0.060 · B – 0.16 · C Završni matematički model sa stvarnim faktorima:

Log10 (ciklusa) = +9.73894 – 3.8194 · 10-3 · Temperatura + 0.10844 · Vrijeme –

5.37344·10-3 · Naprezanje

Na slici 28 je konturni prikaz matematičkog modela zavisnosti broja ciklusa o ulaznim

parametrima procesa popuštanja za srednje naprezanje (σ=450 [MPa] ) a na slici 29, 3D prikaz

odzivnih površina navedenog matematičkog modela.

38

Slika 28. Konturni prikaz matematičkog modela zavisnosti broja ciklusa o parametrima

popuštanja za srednje naprezanje (σ=450 [MPa]).

Na slici 28 su prikazane linije (konture) konstantnih vrijednosti logaritma broja ciklusa do

loma epruvete u zavisnosti o temperaturi popuštanja i trajanja popuštanja za srednje naprezanje.

Iz slike je vidljivo da vijek trajanja znatnije opada s povećanjem temperature popuštanja te da

kraćim trajanjem popuštanja na nižim temperaturama i dužim trajanjem popuštanja na višim

temperaturama dobijemo isti vijek trajanja.

39

Slika 29. 3D prikaz matematičkog modela zavisnosti vijeka trajanja o temperaturi

popuštanja i naprezanju za vrijeme popuštanja 69 [min].

Slika 29 prikazuje ovisnost vrijednosti logaritma broja ciklusa do loma epruvete za

različite temperature popuštanja i različita naprezanja za vrijeme popuštanja 69[min]. Iz slike je

uočljivo da vijek trajanja najveći pri nižim vrijednostima temperature popuštanja i naprezanja u

promatranom intervalu.

40

Slika 30. 3D prikaz matematičkog modela zavisnosti vijeka trajanja o temperaturi i

vremenu popuštanja za naprezanje od 450[MPa].

Slika 30 prikazuje ovisnost vrijednosti logaritma broja ciklusa (vijeka trajanja) za različite

temperature popuštanja i različita vremena trajanja popuštanja pri naprezanju od 450[MPa]. Iz

slike je uočljivo da temperatura popuštanja ima znatni utjecaj na vijek trajanja (vijek trajanja

opada porastom temperature). Vrijeme popuštanja nema značajniji utjecaj na vijek trajanja (vijek

trajanja je se neznatno mijenja za odreñenu temperaturu i srednje naprezanje ovisno o trajanju

popuštanja).

41

5. ZAKLJUČAK

Cilj ovog diplomskog rada bilo je odrediti funkcionalnu vezu utjecaja parametra

popuštanja na dinamičku izdržljivost i tvrdoću čelika za poboljšavanje.

U svrhu odreñivanja utjecaja temperature popuštanja, trajanja popuštanja i dinamičkog

naprezanja na vijek trajanja čelika za poboljšavanje proveli smo niz pokusa. analiza dobivenih

rezultata je provedena prema centralno kompozitnom planu pokusa. Pokusi su obavljeni

različitim kombinacijama vrijednosti parametara (temperatura popuštanja, vrijeme popuštanja i

dinamičko naprezanje), te su sve kombinacije navedenih parametara (odreñene planom pokusa)

mjerene odzivne veličine (tvrdoća i vijek trajanja epruveta). Dobiveni rezultati mjerenja obrañeni

su s pomoću računala u programu „Design expert“. Time se došlo do rezultata i modela koji

pokazuju utjecaj temperature popuštanja i vremena popuštanja na tvrdoću i vijek trajanja

ispitivanog materijala.

Iz dobivenih rezultata uočljivo je da temperatura popuštanja ima znatno veći utjecaj na

tvrdoću nego vrijeme trajanja popuštanja. Pri nižim temperaturama popuštanja smo ostvarili dulji

vijek trajanja za sve vrijednosti naprezanja. Značajan je utjecaj i veličine dinamičkog naprezanja.

Za dobivanje pouzdanijih rezultata trebalo bi proširiti opseg ispitivanja, a naročito obratiti

pozornost na pripremu epruveta (tolerancija promjera grla epruvete i hrapavost površine) i

osigurati manje odstupanje stvarnih vrijednosti parametara od nazivnih (odreñenih planom

pokusa).

42

6. LITERATURA

1. Kraut, B.: Strojarski priručnik, Tehnička knjiga, Zagreb 1987.

2. Deželić, R.: Metali II., skripta, Split, 1987.

3. Rujnić-Sokele, M.: Utjecaj parametara razvlačnog puhanja na svojstva PET boca,

izvorni znanstveni članak, Zagreb, 2008.

4. Jurić, LJ.: Istraživanje mogućnosti i opsega primjene Hollomon-Jaffe-ovog zakona na

visokolegirne čelike, magistarski rad, Zagreb, 1982.

5. http://www.metalravne.com/selector/steels/VCMO140.html

6. Jelaska, D.: Elementi Strojeva, skripta, Split, 2005.

7. Cajner, H.: Višekriterijsko adaptivno oblikovanje planova pokusa, doktorski rad, Zagreb,

2011.

8. Glogović, Z.: Utjecaj parametara plinskog naštrcavanja na svojstva nanošenog sloja,

doktorski rad, Zagreb, 2010.

9. Ukrainczyk, M.: Planiranje pokusa u industriji, znanstveni članak, Zagreb, 2010.