ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Μεταλλικών Υλικών Ενότητα 3: Εργαστήριο Δρ Κάρμεν Μεντρέα Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Το εργαστηριακό μέρος του μαθήματος αποτελείται από τρεις ενότητες των τριών έως πέντε εργαστηριακών ασκήσεων. Η Α Ενότητα αναφέρεται στους εργαστηριακούς ελέγχους, ή Β Ενότητα σε θερμικές κατεργασίες χαλύβων, και στην Γ Ενότητα εκτελείται μια ομαδική πρακτική άσκηση όπου οι σπουδαστές εφαρμόζουν τις γνώσεις τις οποίες απόκτησαν στις πρώτες δυο ενότητες. 4
Περιεχόμενα του Εργαστηριακού Ενότητα Α Μέρους Α1 - Κανόνες ασφαλείας εργαστηρίων δοκιμών. Μέτρηση σκληρότητας χαλύβων. Α2 - Μικροσκοπική εξέταση δομής μεταλλικών υλικών (Οπτική Μικροσκοπία). Α3 - Έλεγχος συμμόρφωσης παρτίδας χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος βάσει Κανονισμού Τεχνολογίας Χαλύβων. Α4 - Μέτρηση θερμοκρασίας με θερμοστοιχεία. Α5 - Θερμική ανάλυση διμερούς κράματος Μολύβδου-Κασσιτέρου 5
Περιεχόμενα του Εργαστηριακού Ενότητα Β Μέρους (2) Β1 - Σχεδιασμός θερμικών κατεργασιών κοινού ανθρακούχου χάλυβα Β2 - Εκτέλεση θερμικών κατεργασιών κοινού ανθρακούχου χάλυβα Β3 - Σχεδιασμός θερμικών κατεργασιών εργαλειοχάλυβα. Β4 - Εκτέλεση θερμικών κατεργασιών εργαλειοχάλυβα. Ενότητα Γ Γ1, Γ2, Γ3 - Ομαδική Άσκηση: Έλεγχος και αξιολόγηση δεδομένης θερμικής κατεργασίας δοκιμίου το οποίο προέκυψε από τις ασκήσεις Β2 ή Β4 6
Εργαστήριο Α1- Μέτρηση Σκληρότητας Μεταλλικών Υλικών Κανόνες ασφαλείας εργαστηρίων δοκιμών Πρότυπα (ISO, EN, ASTM, ΑΙSI, BS, AFNOR, DIN, ΕΛΟΤ) Προδιαγραφές Μέτρηση σκληρότητας μεταλλικών υλικών Μέθοδοι σκληρομέτρησης Σκληρομέτρηση κατά Brinell (HB) Σκληρομέτρηση κατά Vickers (HV) Σκληρομέτρηση κατά Rockwell (HRB, HRC) 7
Ενότητα 1 η Εργαστηριακές ασκήσεις Α1, Α2, Α3, Α4, Α5 8
Εργαστήριο Α1- Εργαστηριακή Άσκηση Σκληρόμετρα (χειρισμός) Δοκίμια σκληρομέτρησης (πρότυπα δοκίμια) Έλεγχος οργάνων μέτρησης (σκληρομέτρων) Κατασκευή καμπύλης διόρθωσης Μέτρηση σκληρότητας σε δοκίμια από χάλυβα με την μέθοδο HRB (ή HRC) βάσει δεδομένου προτύπου Στατιστική επεξεργασία μετρήσεων Εκτίμηση των αποτελεσμάτων 9
Εργαστήριο Α2- Μικροσκοπική Εξέταση Δομής Μεταλλικών Υλικών Οπτική Μικροσκοπία Πρότυπα / Προδιαγραφές Το οπτικό μικροσκόπιο (Αρχές λειτουργίας/έλεγχος) Βαθμονόμηση οπτικού μικροσκοπίου Προετοιμασία δοκιμίων για την μεταλλογραφική εξέταση δομής Η σχέση δομή ιδιότητες των μεταλλικών υλικών 10
Εργαστήριο Α2- Εργαστηριακή Άσκηση Το οπτικό μικροσκόπιο (Χειρισμός/Έλεγχος) Βαθμονόμηση μικροσκοπίου Μέτρηση μεγέθους κόκκων χάλυβα βάσει δεδομένου προτύπου Στατιστική επεξεργασία των μετρήσεων Αξιολόγηση δομής βάσει προτύπου Εκτίμηση των μηχανικών ιδιοτήτων μέσω της κρυσταλλικής δομής 11
Εργαστήριο Α3- Μέτρηση Θερμοκρασίας με Θερμοστοιχεία Κλίβανοι θερμικών κατεργασιών Αρχές λειτουργίας Χειρισμός Στιγμιαία ταχύτητα θέρμανσης/ψύξης Μέτρηση θερμοκρασίας με θερμοστοιχεία Τυποποίηση θερμοστοιχείων Αντισταθμιστικοί αγωγοί Απόκριση θερμοστοιχείου (χρονική σταθερά) 12
Εργαστήριο Α3 Εργαστηριακή Άσκηση Έλεγχος θερμοστοιχείου Διάταξη Βαθμονόμηση Μέτρηση θερμοκρασίας με θερμοστοιχείο τύπου Κ κατά την θέρμανση ή απόψυξη δοκιμίου χάλυβα σε κλίβανο προσδιορισμένης θερμοκρασία Κατασκευή της αντίστοιχης καμπύλης θέρμανσης/απόψυξης Υπολογισμός της στιγμιαίας ταχύτητας θέρμανσης/ απόψυξης Πειραματικός προσδιορισμός της χρονικής σταθεράς του θερμοστοιχείου 13
Εργαστήριο Α4 - Έλεγχος Συμμόρφωσης Παρτίδας Χάλυβα Οπλισμού Σκυροδέματος Βάσει Κανονισμού Τεχνολογίας Χαλύβων (ΚΤΧ 2008) Κανονισμός Τεχνολογίας Χάλυβα Οπλισμού Σκυροδέματος, ΚΤΧ 2008 Βασικοί έλεγχοι Δοκιμή εφελκυσμού χαλύβων οπλισμού σκυροδέματος βάσει ΚΤΧ 2008 Βασικά μεγέθη/συμβολισμός/ Υπολογισμός Ονομαστικές Τιμές Διαδικασία ελέγχου σε εφελκυσμός των χαλύβων οπλισμού σκυροδέματος βάσει ΚΤΧ 2008 14
Εργαστήριο Α5 - Θερμική Ανάλυση Διμερούς Κράματος Μολύβδου-Κασσιτέρου Κράματα Μολύβδου-Κασσιτέρου (Pb-Sn) Διάγραμμα φάσεων σε ισορροπία Pb-Sn Απόψυξη προευτηκτικού κράματος Απόψυξη υπερευτηκτικού κράματος Καμπύλες απόψυξης Κρίσιμες θερμοκρασίες Φάσεις/Κόκκοι Βάρος φάσεων/ κόκκων κατά την απόψυξη δεδομένου κράματος (Κανόνας του μοχλού) Λανθάνουσα θερμότητα ψύξεως / τήξεως 15
Εργαστήριο Α5 Εργαστηριακή Άσκηση Πειραματική διάταξη κατάλληλη για την θερμική ανάλυση Θερμική ανάλυση ενός καθαρού μετάλλου Σχεδιασμός πειραματικής καμπύλης απόψυξης Εντοπισμός κρίσιμων θερμοκρασιών Αναγνώριση του καθαρού μετάλλου από το διάγραμμα φάσεων σε ισορροπία Υπολογισμός της λανθάνουσας ενέργειας πήξεως για το δεδομένο υλικό 16
Εργαστήριο Α5 Εργαστηριακή Άσκηση (2) Θερμική ανάλυση ενός κράματος Pb-Sn Σχεδιασμός πειραματικής καμπύλης απόψυξης Εντοπισμός κρίσιμων θερμοκρασιών Εκτίμηση της χημικής σύστασης του κράματος από το διάγραμμα φάσεων σε ισορροπία Υπολογισμός του βάρους των φάσεων/κόκκων σε διαφορετικές θερμοκρασίες κατά την απόψυξη του κράματος 17
Ενότητα 2 η Εργαστηριακές ασκήσεις Β1, Β2, Β3, Β4 18
Εργαστήριο Β1 - Σχεδιασμός Θερμικών Κατεργασιών Ανθρακούχων Χαλύβων βάσει DIN 17200 Χάλυβες Ταξινόμηση χαλύβων κατά την: Χημική Σύσταση Βαθμός αποξείδωσης Μέθοδος κατασκευής Μέθοδος τελικής μορφοποίησης Μικροδομή Σχήμα προϊόντων Απαιτούμενη εφελκυστική αντοχή Θερμικές κατεργασίες Εφαρμογές Τυποποίηση και ονοματολογία χαλύβων 19
Εργαστήριο Β1 Κοινοί (ανθρακούχοι) χάλυβες Χάλυβες AISI1045 ή AISI1060 Διάγραμμα σίδηρου σεμεντίτη (φάσεις, κόκκους, κρίσιμες θερμοκρασίες) Μετασχηματισμός ευτηκτοειδούς ανθρακούχου χάλυβα κατά το διάγραμμα φάσεων σε ισορροπία Μετασχηματισμός υποευτηκτοειδούς ανθρακούχου χάλυβα με 0,45%C ή με 0,60%C κατά το διάγραμμα φάσεων σε ισορροπία Μετασχηματισμός υπερευτηκτοειδούς ανθρακούχου χάλυβα κατά το διάγραμμα φάσεων σε ισορροπία Θερμικές κατεργασίες χαλύβων (ταξινόμηση ) 20
Εργαστήριο Β1 (2) Θερμικές κατεργασίες μάζας (συνεχούς και κλιμακωτής απόψυξης ) Θερμικές κατεργασίες ανθρακούχων χαλύβων κατά DIN 17200 Πλήρη ανόπτηση Ανόπτηση για μαλακτοποίηση Απόταση Εξομάλυνση δομής Βαφή και Επαναφορά Τυποποιημένη χημική σύσταση των ανθρακούχων χαλύβων κατά DIN 17200 Προτεινόμενες θερμοκρασίες για θερμικές κατεργασίες ανθρακούχων χαλύβων κατά DIN 17200 21
Εργαστήριο Β1 Κρίσιμες θερμοκρασίες του μαρτενσιτικού μετασχηματισμού (έναρξη και ολοκλήρωση του μετασχηματισμού - Ms και Mf) Μεταβολή των θερμοκρασιών Ms και Mf συναρτήσει της περιεκτικότητας σε C των κοινών χαλύβων Μηχανικές ιδιότητες κοινών χαλύβων σε κατάσταση εξομάλυνσης κατά DIN 17200 Μηχανικές ιδιότητες κοινών χαλύβων μετά από βαφή και επαναφορά κατά DIN 17200 Καμπύλη επαναφοράς (σκληρότητα συνάρτηση της θερμοκρασίας) Μικροδομή κοινών χαλύβων συνάρτηση των θερμικών κατεργασιών 22
Εργαστήριο Β2 - Εκτέλεση Θερμικών Κατεργασιών Κοινού Ανθρακούχου Χάλυβα Συνθήκες θερμικών κατεργασιών σε δοκίμια από χάλυβα AISI1045 ή AISI 1060 βάσει του DIN 17200 Εκτελούνται θερμικές κατεργασίες συνεχούς απόψυξης: πλήρη ανόπτηση, εξομάλυνση δομής, βαφή με απόψυξη σε νερό και μια ή δύο επαναφορές σε διαφορετικές θερμοκρασίες. 23
Εργαστήριο Β2 - Εκτέλεση Θερμικών Κατεργασιών Κοινού Ανθρακούχου Χάλυβα (2) Εκτελούνται θερμικές κατεργασίες κλιμακωτής απόψυξης με απόψυξη σε τήγμα αλάτων σε διαφορετικές θερμοκρασίες και για διαφορετικό χρονικό διάστημα και στην συνέχεια ψύξη σε νερό ή, λάδι ή αέρα Για τον έλεγχο της διαδικασίας ελέγχεται η θερμοκρασία θέρμανσης σε κάθε φάση και λαμβάνονται μετρήσεις σκληρότητας με την αντίστοιχη μέθοδο HRB ή HRC 24
Εργαστήριο Β3 Σύσταση θερμικών κατεργασιών Ανόπτηση για μαλακτοποίηση Αποτατική ανόπτηση Βαφή με συνεχή απόψυξη (το διάγραμμα CCT) Συνθήκες ωστενιτοποίησης Μέσα απόψυξης Μικροδομή ( φάσεις από το ποσοτικό διάγραμμα ) Κλιμακωτή βαφή (το διάγραμμα TTT) Μέσα απόψυξης, χρόνος πρώτης απόψυξης Επαναφορά Σκληρότητα συνάρτηση της θερμοκρασίας επαναφοράς Διαστασιακές μεταβολές μετά την βαφή Διαστασιακές μεταβολές μετά την επαναφορά 25
Εργαστήριο Β4 - Εκτέλεση Θερμικών Κατεργασιών σε Δοκίμια από Χάλυβα Ο1 Εκτελούνται θερμικές κατεργασίες συνεχούς απόψυξης: εξομάλυνση δομής, βαφή με απόψυξη σε λάδι και μια ή δύο επαναφορές σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Εκτελούνται θερμικές κατεργασίες κλιμακωτής απόψυξης με απόψυξη σε τήγμα αλάτων σε διαφορετικές θερμοκρασίες και για διαφορετικό χρονικό διάστημα και στην συνέχεια ψύξη σε νερό ή αέρα Κατά την διαδικασία ελέγχονται οι θερμοκρασίες θέρμανσης σε κάθε φάση θερμικών κατεργασιών και λαμβάνονται μετρήσεις σκληρότητας με κατάλληλη μέθοδο (HRB ή HRC) 26
Ενότητα 3 η Εργαστηριακές Ασκήσεις Γ1, Γ2, Γ3 27
Ομαδική άσκηση: Έλεγχος και Αξιολόγηση Δεδομένης Θερμικής Κατεργασίας Δοκιμίου το Οποίο Προέκυψε Από τις Ασκήσεις Β2 ή Β4 Εργαστήριο Γ1- Προετοιμασία δοκιμίου για μεταλλογραφική ανάλυση Λειάνσεις του δοκιμίου Μέτρηση σκληρότητας 28
Ομαδική άσκηση: Έλεγχος και Αξιολόγηση Δεδομένης Θερμικής Κατεργασίας Δοκιμίου το Οποίο Προέκυψε Από τις Ασκήσεις Β2 ή Β4 (2) Εργαστήριο Γ3 Μεταλλογραφική ανάλυση δοκιμίου Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 29
Τέλος Ενότητας