Zakład ma nawęglić gazowo 4200 kół zębatych ze stali 28CrS4, potem zahartować ich warstwę powierzchniową i odpuścić. Trzeba wypełnić kartę technologiczną nawęglania (parametry i opis zabiegów), kartę odpuszczania, wykaz badań kontrolnych oraz policzyć, ile atmosfery endotermicznej i metanu zużyje całe zamówienie.
Model „d”, czyli dokumentacja na papierze. Zdający wpisuje ręcznie do tabel wydrukowanych w arkuszu dobrane wartości, wyniki obliczeń, nazwy operacji i urządzeń oraz parametry procesu. W podglądzie tłem jest strona arkusza, wpisy zdającego są granatowe i odręczne, a pola wpisane w bieżącym kroku są podświetlone na żółto. Kroki idą za kolejnością tabel w arkuszu, a w obrębie tabeli - za kryteriami klucza.
Skąd brać odpowiedzi. Głębokość warstwy i twardość są na rysunku 1, temperatury z tabeli 1 (wyciąg z PN-EN 10084) z poprawkami z zaleceń działu technologicznego, czasy z dwóch wykresów na stronie 3, a urządzenia z wykazów zakładu. Wartości z wykresów odczytałem na rysunku, a resztę (temperatury, liczby cykli, kół do badań, objętości gazów) policzyłem w skrypcie i porównałem z kluczem oceniania CKE.
To jedno z możliwych rozwiązań: nazwy urządzeń klucz przyjmuje w kilku postaciach (np. „SQ270” albo „piec elektryczny komorowy typu SQ”), a zabiegi w części II wystarczy opisać w 4 z 5 pustych wierszy.
Jak liczą się punkty. Klucz ma 35 kryteriów w 5 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 27 punktów - można stracić 8 kryteriów i nadal zdać. Najwięcej punktów (po 8) dają część I karty nawęglania, karta odpuszczania i wykaz badań kontrolnych.
Kroki 1-9 · po tym etapie masz 8 z 35 kryteriów (pkt)
Opracuj dokumentację technologiczną nawęglania gazowego 4200 sztuk kół zębatych, wykonanych ze stali 28CrS4, zgodnie z Rysunkiem 1, wypełniając przygotowane tabele w arkuszu egzaminacyjnym.
Gatunek stali podaje już treść zadania: 28CrS4 (w tabeli 1 to stal nr 1.7036). Stan materiału - normalizowany - jest wydrukowany w karcie.
Wpisanie sąsiedniego gatunku z tabeli 1 (28Cr4 bez litery S) - to inna stal i inny punkt.
Opracuj dokumentację technologiczną nawęglania gazowego 4200 sztuk kół zębatych, wykonanych ze stali 28CrS4, zgodnie z Rysunkiem 1, wypełniając przygotowane tabele w arkuszu egzaminacyjnym.
Głębokość warstwy jest w opisie na rysunku 1: „Nawęglać na głębokość 1,5 mm”. Wpisuję 1,5 (jednostka jest w nagłówku wiersza).
Nawęglanie należy przeprowadzić w temperaturze 900°C w atmosferze endotermicznej wzbogaconej w metan.
Tabela 1 dopuszcza nawęglanie w zakresie 880÷980 °C, ale zalecenia działu technologicznego podają jedną wartość: 900 °C. Zalecenie zakładu zawęża zakres z normy, więc wpisuję tę wartość.
Przepisanie całego zakresu z normy (880÷980) - karta ma podać temperaturę, w której proces będzie prowadzony.
Hartowanie po nawęglaniu należy przeprowadzić w oleju OH120 z temperatury o 20°C wyższej od minimalnej temperatury hartowania warstwy powierzchniowej określonej w normie.
Dla 28CrS4 norma podaje temperaturę hartowania warstwy powierzchniowej 780÷820 °C. Minimum to 780 °C, a zalecenie każe dodać 20 °C: 780 + 20 = 800 °C. To zgodne ze schematem na stronie 2 - po nawęglaniu wsad jest podchładzany poniżej temperatury nawęglania i dopiero z niej hartowany.
Dodanie 20 °C do temperatury hartowania rdzenia (880 °C) - w zaleceniach chodzi o warstwę powierzchniową.
Do określenia czasu nagrzewania przed nawęglaniem, temperatury i czasu nawęglania, temperatury hartowania i odpuszczania kół zębatych wykorzystaj wykresy oraz informacje zawarte w Tabeli 1.
Wykres „Czas nagrzewania w zależności od średnicy przedmiotu” czytam dla średnicy koła 80 mm (rysunek 1) i krzywej 900 °C: wypada około 60 minut, czyli 1 h. Karta podaje czas w godzinach.
Odczyt na krzywej 950 albo 1000 °C - nagrzewamy do temperatury nawęglania, czyli 900 °C.
Do określenia czasu nagrzewania przed nawęglaniem, temperatury i czasu nawęglania, temperatury hartowania i odpuszczania kół zębatych wykorzystaj wykresy oraz informacje zawarte w Tabeli 1.
Na wykresie „Zależność całkowitej głębokości warstwy nawęglonej od temperatury i czasu” szukam punktu, w którym krzywa 900 °C osiąga głębokość 1,5 mm - leży przy czasie około 10 h.
Łączny czas podchładzania i wychładzania po nawęglaniu: 60 minut, czas chłodzenia podczas hartowania: 15 minut.
Oba czasy są wprost w zaleceniach działu technologicznego: 60 minut podchładzania i wychładzania oraz 15 minut chłodzenia przy hartowaniu. Klucz tych wierszy nie ocenia, ale karta ma być kompletna, a 60 minut przyda się przy liczeniu atmosfery Endo.
Dobierz z Wykazu urządzeń i oprzyrządowania dostępnego w zakładzie te elementy wyposażenia, które umożliwią realizację zamówienia.
Z trzech pieców komorowych tylko SQ270 (typ SQ z atmosferą regulowaną) osiąga 900 °C - pozostałe pracują najwyżej do 650 °C. Ma też atmosferę regulowaną, której wymaga nawęglanie gazowe.
Wybór pieca D-06/130 tylko dlatego, że ma „atmosferę regulowaną” - jego maksymalna temperatura to 650 °C.
Dobierz z Wykazu urządzeń i oprzyrządowania dostępnego w zakładzie te elementy wyposażenia, które umożliwią realizację zamówienia.
Hartowanie ma być w oleju OH120, a olej hartowniczy ma tylko wanna hartownicza SQ200. Studzienki chłodzą powietrzem - przydadzą się dopiero po odpuszczaniu.
Kroki 10-16 · po tym etapie masz 15 z 35 kryteriów (pkt)
Opracuj dokumentację technologiczną nawęglania gazowego, wypełniając część II karty - opis operacji.
Dwa zabiegi (nawęglanie, hartowanie/chłodzenie) są wydrukowane. Resztę układam w kolejności technologicznej wokół nich: przygotowanie wsadu, załadunek wsadu, nagrzewanie, potem nawęglanie, podchładzanie i wychładzanie (schemat na stronie 2 - spadek temperatury przed hartowaniem), hartowanie i na końcu wyładunek wsadu.
Wpisanie odpuszczania w wierszu 7 - odpuszczanie ma osobną kartę i odbywa się w innym piecu.
Dobierz z Wykazu urządzeń i oprzyrządowania dostępnego w zakładzie te elementy wyposażenia, które umożliwią realizację zamówienia.
Koła układa się na sprzęcie pomocniczym zakładu: płyta, stojaki wsadowe, pręty wsadowe, osłona (na stojak i pręty). Wpisuję je w wierszu przygotowania wsadu - na tym zestawie wsad wjeżdża potem do pieca.
Opracuj dokumentację technologiczną nawęglania gazowego, wypełniając część II karty - opis operacji.
Nagrzewanie, nawęglanie oraz podchładzanie i wychładzanie odbywają się w jednym piecu: piec SQ270. Wpisuję go we wszystkich trzech wierszach.
Opracuj dokumentację technologiczną nawęglania gazowego, wypełniając część II karty - opis operacji.
Hartowanie w oleju - wanna hartownicza SQ200.
Nagrzewanie do nawęglania oraz podchładzanie i wychładzanie po nawęglaniu należy prowadzić w atmosferze endotermicznej; szybkość przepływu atmosfery endotermicznej w piecu: 8 m3/h.
Rodzaj ośrodka to atmosfera endotermiczna - w skrócie Endo - a przepływ 8 m³/h wpisuję w kolumnie ilości.
Nawęglanie należy przeprowadzić w temperaturze 900°C w atmosferze endotermicznej wzbogaconej w metan; ilość metanu wzbogacającego atmosferę endotermiczną: 0,6 m3/h.
Przy nawęglaniu atmosfera ma dwa składniki, dlatego wiersz 4 ma dwie linijki: Endo 8 m³/h i metan 0,6 m³/h. To metan dostarcza węgla, który dyfunduje w powierzchnię stali.
Wpisanie samego metanu - atmosfera Endo nadal płynie przez piec, metan ją tylko wzbogaca.
Opracuj dokumentację technologiczną nawęglania gazowego, wypełniając część II karty - opis operacji.
Ośrodkiem chłodzącym przy hartowaniu jest olej OH120 z zaleceń. Kolumna przepływu zostaje pusta - olej stoi w wannie, nie przepływa.
Kroki 17-20 · po tym etapie masz 23 z 35 kryteriów (pkt)
Opracuj kartę technologiczną obróbki cieplnej - odpuszczania kół zębatych po hartowaniu.
Gatunek się nie zmienia: 28CrS4. Stan przed odpuszczaniem to stal po nawęglaniu i hartowaniu - wpisuję krótko hartowany.
Przepisanie stanu „normalizowany” z pierwszej karty - to był stan przed nawęglaniem.
Odpuszczanie po hartowaniu należy przeprowadzić w temperaturze o 20°C wyższej od minimalnej temperatury odpuszczania określonej w normie.
Norma podaje odpuszczanie w 150÷200 °C. Minimum 150 °C + 20 °C = 170 °C. Niskie odpuszczanie usuwa naprężenia po hartowaniu, a nie obniża twardości warstwy (wymagane 58 HRC).
Czas nagrzewania do temperatury odpuszczania: 45 minut, czas wygrzewania przy odpuszczaniu: 15 minut, czas chłodzenia po odpuszczaniu: 60 minut.
Trzy czasy przepisuję z zaleceń: nagrzewanie 45, wygrzewanie 15 i chłodzenie 60 minut.
Dobierz z Wykazu urządzeń i oprzyrządowania dostępnego w zakładzie te elementy wyposażenia, które umożliwią realizację zamówienia.
Do 170 °C wystarczy piec do 650 °C. Wybieram KK-U250 z cyrkulacją powietrza: jego komora ma 900 mm wysokości jak komora SQ270, więc mieści ten sam stojak z wsadem (D-06/130 ma tylko 300 mm), a obieg powietrza wyrównuje temperaturę przy niskim odpuszczaniu. Chłodzenie na powietrzu - studzienka do studzenia SP200.
Odpuszczanie w piecu SQ270 - jest potrzebny do nawęglania kolejnego cyklu, a do 170 °C jest za duży.
Kroki 21-24 · po tym etapie masz 31 z 35 kryteriów (pkt)
Zaplanuj metody kontroli realizowanego procesu, dobierz urządzenia do przeprowadzania badań na podstawie Wykazu dostępnych urządzeń laboratoryjnych.
Rysunek 1 wymaga twardości 58 ±2 HRC - w skali Rockwella C, więc symbol twardości to HRC.
Zaplanuj metody kontroli realizowanego procesu, dobierz urządzenia do przeprowadzania badań na podstawie Wykazu dostępnych urządzeń laboratoryjnych.
Skala HRC to pomiar twardościomierzem Rockwella, a skala C używa wgłębnika - stożka diamentowego (o kącie 120°). Rodzaj wgłębnika to wiedza ogólna o metodzie Rockwella - arkusz go nie podaje.
Kulka stalowa - to wgłębnik skali HRB do materiałów miękkich, nie do warstwy po hartowaniu.
Obliczoną ilość elementów do badania kontrolnego należy zaokrąglić do liczby całkowitej w górę.
Badaniu podlega 10% kół z jednego cyklu, a w cyklu jest 140 kół: 140 · 0,10 = 14 szt.
Zaplanuj metody kontroli realizowanego procesu, dobierz urządzenia do przeprowadzania badań na podstawie Wykazu dostępnych urządzeń laboratoryjnych.
Grubość warstwy nawęglonej mierzy się na zgładzie pod mikroskopem - z wykazu: EPITYP II (mikroskop metalograficzny). Wymagana grubość to 1,5 mm z rysunku 1, a badaniu podlega 0,5% kół: 140 · 0,005 = 0,7, w górę 1 szt. (badanie niszczące - koło trzeba przeciąć).
Wpisanie 0 sztuk po zaokrągleniu w dół - przypis każe zaokrąglać w górę.
Kroki 25-26 · po tym etapie masz 35 z 35 kryteriów (pkt)
Oblicz liczbę cykli niezbędnych do realizacji zlecenia, podaj zapotrzebowanie na ilość atmosfery endotermicznej oraz metanu przy realizacji zlecenia, uwzględniając Zalecenia działu technologicznego.
Liczba cykli: 4200 kół / 140 w cyklu = 30. Endo płynie przez piec w nagrzewaniu (1 h), nawęglaniu (10 h) oraz podchładzaniu i wychładzaniu (60 min = 1 h), razem 12 h: 8 m³/h · 12 h = 96 m³ w cyklu, a na całe zamówienie 96 · 30 = 2880 m³.
Liczenie Endo tylko dla czasu nawęglania (80 m³) - zalecenia każą prowadzić w niej także nagrzewanie i podchładzanie.
Oblicz liczbę cykli niezbędnych do realizacji zlecenia, podaj zapotrzebowanie na ilość atmosfery endotermicznej oraz metanu przy realizacji zlecenia, uwzględniając Zalecenia działu technologicznego.
Metan wzbogaca atmosferę tylko podczas nawęglania: 0,6 m³/h · 10 h = 6 m³ w cyklu i 6 · 30 = 180 m³ na zamówienie.
Symulacja ekranu w przeglądarce - w Android Studio / Visual Studio wygląd może się nieco różnić.
To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.
Autor rozwiązania: Bartosz Bryniarski. Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony) (zasady wykorzystania). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.