Co je podstatou tepelného zpracování oceli?

Tepelné zpracování kovových slitin v pevném stavu je soubor operací ohřevu, udržování na dané teplotě a chlazení danou rychlostí.

Účelem tepelného zpracování je změnit vlastnosti kovu změnou jeho struktury. V moderním strojírenství se tepelné zpracování oceli, litiny a neželezných slitin hojně využívá k vytvoření potřebných vlastností: pevnosti, tvrdosti, odolnosti proti opotřebení, obrobitelnosti nebo speciálních chemických a fyzikálních vlastností.

Rozlišuje se primární a sekundární tepelné zpracování. Účelem primárního tepelného zpracování je připravit strukturu slitiny pro následné obráběcí operace a konečné tepelné zpracování. V důsledku sekundárního tepelného zpracování slitina získává svou konečnou strukturu a získává potřebné mechanické a fyzikálně chemické vlastnosti.

Hlavními ovlivňujícími faktory při tepelném zpracování jsou teplota a čas. Proto lze režim libovolného tepelného zpracování znázornit grafem v teplotně-časových souřadnicích. t_н – doba ohřevu, t_в – doba výdrže při konstantní teplotě, t – doba chlazení.

Režim tepelného zpracování je charakterizován těmito parametry: teplota ohřevu – t_max, tj. maximální teplota, na kterou byla slitina zahřátá při tepelném zpracování, doba výdrže slitiny na teplotě ohřevu t_в, rychlost ohřevu υ_zatížení a rychlost chlazení υ_chladný.

Ohřev nebo chlazení konstantní rychlostí je charakterizováno v souřadnicích t-τ přímkou ​​s určitým konstantním úhlem sklonu.

Při nerovnoměrné rychlosti ohřevu (nebo ochlazování) je skutečná rychlost první derivací teploty s ohledem na čas (tj. rovna nekonečně malé změně teploty s časem)

Graficky je skutečná rychlost určena tg úhlu sklonu tečny k topné (ochlazovací) křivce při dané teplotě.

Tepelné zpracování může být složité, sestávající z postupného zahřívání (chlazení), chlazení v oblasti záporných teplot atd. Jakýkoli proces tepelného zpracování lze charakterizovat pomocí t-τ grafu.

2. Hlavní druhy tepelného zpracování.

Hlavní operace nebo typy tepelného zpracování jsou:

Žíhání s fázovou rekrystalizací.

Rekrystalizační žíhání je operace tepelného zpracování, při které se zahřátím kovu na teplotu nad prahem rekrystalizace, udržením a ochlazením zcela nebo částečně eliminují účinky způsobené kalením za studena. Při rekrystalizačním žíhání se místo deformovaných zrn tvoří a rostou nová rovnoosá zrna, přičemž se uvolňují vnitřní pnutí, klesá tvrdost a zvyšuje se plasticita kovové slitiny.

Plechy, dráty, trubky a polotovary z oceli, mědi, mosazi a dalších slitin jsou podrobeny rekrystalizačnímu žíhání. V důsledku toho tvrdé a relativně křehké slitiny získané metodami tváření za studena změknou a dobře se deformují.

Žíhání s fázovou rekrystalizací je proces tepelného zpracování, který se provádí zahříváním slitiny nad kritické teploty (teploty fázové transformace, například nad linií GS), udržováním a následným pomalý chlazení při dané rychlosti. V důsledku fázové rekrystalizace vzniká stabilní (rovnovážná) struktura.

Příkladem žíhání s fázovou rekrystalizací je kompletní žíhání oceli, které spočívá v ohřevu hrubozrnných odlitků nebo výkovků nad horním kritickým bodem A_С3, tj. nad linkou GS a jejich ochlazením společně s pecí k mletí zrna a získání požadovaných mechanických vlastností.

Kalení je operace tepelného zpracování, při které ohřevem slitiny nad kritické teploty (teploty fázové transformace např. u oceli nad linií GSK), udržením a následným rychlým ochlazením vzniká nestabilní struktura přesyceného tuhého roztoku nebo struktura sestávající z produkty přeměny pevných roztoků různého stupně disperze.

Temperování je operace tepelného zpracování, při které se zahřátím vytvrzené slitiny pod teplotu fázové transformace (tj. pod čáru PSK), jejím udržením a následným ochlazením (obvykle na vzduchu) z nestabilní vytvrzené struktury vytvoří stabilnější. Dochází ke změně mechanických vlastností, snížení vnitřních pnutí a odpadá nadměrná křehkost kalené oceli.

Spontánní popouštění, ke kterému dochází po kalení jednoduchým udržením při pokojové teplotě nebo popouštění při velmi nízkých teplotách (cca do 100-170 0 C), se obvykle nazývá stárnutí.

Kalení oceli a jiných slitin je obvykle doprovázeno popouštěním nebo stárnutím a v naprosté většině případů je cílem zvýšit pevnost a odolnost slitin proti opotřebení.

Tepelné zpracování oceli je proces aplikace teploty na materiál. Rozhodnutí o volbě metody tepelného zpracování se provádí na základě analýzy daného úkolu a také na základě vlastností jakosti oceli.

Tepelné zpracování oceli je proces aplikace teploty na materiál. Umožňuje měnit velikosti zrn uvnitř kovu, to znamená měnit jeho vlastnosti a zlepšovat je.

Při zpracování se používá několik metod najednou. Kov je zahříván, udržován na určité teplotě a ochlazen rovnoměrně. To lze provést v různých fázích, jak s polotovary, tak s hotovými výrobky.

Metoda se používá k dosažení následujících cílů:

• výrazné zvýšení pevnosti a odolnosti proti opotřebení;
• ochrana materiálu před následným vystavením vysokým teplotám;
• snížení rizika koroze;
• eliminace vnitřního pnutí v obrobcích;
• příprava materiálu pro následné zpracování, zvýšení jeho plasticity.

Rozhodnutí o volbě metody tepelného zpracování je učiněno na základě analýzy daného úkolu a také na základě vlastností jakosti oceli. Můžete použít materiály jakékoli kvality.

Ocel musí splňovat tři základní požadavky:

• patří do kategorie instrumentální, strukturální nebo speciální;
• být legované nebo uhlíkové;
• neobsahují více než 0,25 % uhlíku pro slitiny s nízkým obsahem uhlíku a méně než 0,7 % pro slitiny s vysokým obsahem uhlíku.

Zvažme, jaké metody se v práci používají, jejich vlastnosti a další parametry, které ovlivňují výsledek a úroveň kvality.

Dovolená

Popouštění oceli se často používá ve strojírenství, stejně jako při výrobě dílů pro různé účely z ocelových polotovarů. Obvykle se používá s kalením, protože pomáhá snižovat vnitřní pnutí materiálu. Díky tomu je surovina mnohem pevnější a eliminuje se křehkost, která se může objevit při vystavení zvýšeným teplotám.

Dalším účelem aplikace je zvýšení rázové houževnatosti. Materiál se stává méně tuhým, což znamená, že bude obtížné jej poškodit pod silným vnějším mechanickým vlivem.

Technologie temperování je rozdělena do tří typů:

• Krátký. Technologie se používá k vytvoření martenzitické struktury kovu. Hlavním cílem je výrazně zvýšit viskozitu suroviny při zachování její tvrdosti.

Maximální teplota ohřevu – až 250 °C. Obvykle to není více než 150 °C. S tímto ohřevem bude potřeba ocel udržovat asi hodinu a půl. Chlazení se provádí uvnitř oleje nebo vzduchu, což také pomáhá zpevnit obrobek nebo hotový výrobek.

Nejčastěji se nízké popouštění používá při vytváření měřicích nástrojů nebo různých typů řezných produktů.

• Průměrný. Rozdíl je v tom, že maximální teplota je zvýšena na 500 °C. Obvykle se díly zpracovávají při teplotách do 340 °C. Používá se chlazení vzduchem.

Hlavním úkolem středního temperování je přeměna martenzitu na troostit. To zajišťuje zvýšení viskozity na pozadí poklesu tvrdosti. Tato technologie bude užitečná, pokud plánujete vyrábět díly, které pracují při velkém zatížení.

• Vysoký. Jeden z nejúspěšnějších prostředků ke snížení vysoké úrovně vnitřního napětí. Výrobek se zahřívá na vysoké teploty, což napomáhá k vytvoření a zvýšení viskozity a plasticity bez ztráty pevnosti. Ačkoli je tato technika pro kritické části obtížně použitelná, je optimální. Rozsah ohřevu – 450-650°C.

Žíhání

Metoda slouží ke stabilizaci vnitřní struktury materiálu a zvýšení jeho homogenity. Pomáhá také výrazně snížit hladinu stresu. Technologický proces zahrnuje ohřev na vysoké teploty, udržení a dlouhé, pomalé chlazení.

V průmyslu se používá několik hlavních přístupů:

• Homogenizace. Říká se mu také difúzní žíhání. Jedná se o proces tepelného zpracování oceli v rozsahu teplot od 1000 do 1150 °C. Surovina se v tomto stavu udržuje 8 hodin. U některých jakostí oceli se doba prodlužuje na 15. Teplota chlazení je řízena. Obrobek lze vyjmout z pece až po dosažení 800°C. Teplota vzduchu pak přirozeně klesá.
• Rekrystalizace. Toto je nízké žíhání potřebné po provedení deformace. Hlavním úkolem je učinit materiál mnohem pevnější změnou tvaru zrna ve vnitřní struktuře. Teplotní rozsah je 100-200 °C. Oproti homogenizaci se výrazně zkrátila doba výdrže – na dvě hodiny. Uvnitř trouby probíhá pomalé chlazení.
• Izometrické expozice. Vhodné pouze pro legované oceli. V tomto stavu se austenit postupně rozpadá. Teplota závisí na přirozeném maximu pro konkrétní druh kovu. Limit by měl být překročen o 20-30°C. Chlazení probíhá ve dvou fázích – rychlé a pomalé.
• Úleva od vnitřního a zbytkového napětí. Technika je vhodná po opracování dílu, svaření nebo zpracování pomocí odlévání. Maximální teplota ohřevu je 727°C. Tento proces má nejdelší dobu vytvrzování ze všech možností žíhání – 20 hodin. Obrobek bude chladnout velmi pomalu.
• Plný. Pokud potřebujete dosáhnout jemnozrnné struktury materiálu s převahou perlitu a feritu. Technika je vhodná pro různé typy obrobků – od lisovaných a litých až po kované. Způsob ohřevu je zde stejný jako u izometrického žíhání – ohřev se provádí na mezní bod a dalších 30-50°C nad ním. Chlazení se provádí na 500 °C. Tajemstvím správného provedení operace je řídit rychlost chlazení. Udává se na základě 60 minut. U uhlíkové oceli by mělo být chlazení nižší než 150 °C a u legované oceli – 50 °C.
• Neúplný. Hlavním úkolem neúplného žíhání je přeměna perlitu na feritovo-cementitovou strukturu. Technologie je vhodná pro díly, které byly vytvořeny svařováním elektrickým obloukem. V tomto případě je teplota 700 °C a doba zdržení je 20 hodin. Po pomalém ochlazení lze obrobek použít – výrazně se zvýší jeho pevnost a ochrana před poškozením.

Kalení

Kalení a popouštění oceli patří mezi nejběžnější způsoby tepelného zpracování.

Tento typ expozice je potřebný pro zvýšení důležitých charakteristik materiálu – od tvrdosti a maximální elasticity až po ochranu proti opotřebení a tvrdost. Pomocí kalení je možné snížit mez stlačení a tažnost.

Tento formát zpracování je jedním z nejstarších. Je založen na rychlém ochlazení kovu zahřátého na vysoké teploty. Mez ohřevu se liší v závislosti na typu slitiny. Je třeba vzít v úvahu, při jaké teplotě se vnitřní krystalová mřížka začíná měnit.

V závislosti na jakosti oceli se mění několik základních parametrů:

• Chladící médium. Nejjednodušší způsob je ponořit se do vody. Další prospěšné vlastnosti lze získat použitím technického oleje, inertních plynů a roztoků s vysokým obsahem soli.
• Rychlost chlazení. Liší se v závislosti na počátečním stupni zahřátí. Teplota vody, solanky nebo plynu se také může lišit.
• Teplo. Vybírá se v závislosti na limitech požadovaných pro změnu vnitřní struktury. U mnoha druhů surovin je toto číslo asi 900 °C.

Normalizace

Proces normalizace je nezbytný pro změnu struktury a vytvoření jemných zrn uvnitř kovu. Tato možnost je vhodná pro legované i nízkouhlíkové oceli.

Hlavní předností technologie je zvýšení tvrdosti až na 300 HB. Budete moci používat polotovary válcované za tepla a také zvýšit pevnost, ochranu proti lomu a houževnatost. To zjednodušuje následný proces zpracování.

Jako chladicí médium se používá vzduch. Maximální teploty ohřevu nejsou o více než 50 °C nad limitem stanoveným pro materiál.

Kryogenní tepelné zpracování

Základy tepelného zpracování kryogenní oceli zahrnují výrazné ochlazení dříve kalených obrobků. Hlavním účelem použití je zastavení martenzitické transformace.

Stejně jako u ostatních uvedených produktů bude potřeba obrobek postupně zahřát na standardní teplotu.

Chemicko-tepelné zpracování

Při zpracování dochází k přeměně vnější vrstvy materiálu. To umožňuje zvýšit tvrdost, chránit suroviny před korozí a dále zvýšit odolnost proti opotřebení.

V procesu lze použít následující metody:

• Cementace. Také se nazývá nauhličování. Povrch je nasycen uhlíkem. Nejprve se provede tepelné ošetření, plochy, které se neplánují ošetřit, jsou potaženy ochrannými látkami. Postup se provádí v rozmezí 900-950 °C.
• Nitridace. Na rozdíl od nauhličování se místo uhlíku používá dusík. Za tímto účelem se vytváří zahřáté prostředí amoniaku. Teplotní rozsah je 500-520°C.
• Kyanidace. Uhlík i dusík se používají v různých poměrech v závislosti na teplotě. Proces je možný v plynných i kapalných médiích.
• Chromování. Jeden z typů metalizace. Pojmenováno podle hlavní látky, kterou je materiál nasycen (chrom). Zlepšuje pevnost, odolnost proti korozi a vzhled součásti.

Technologie se vybírá na základě vlastností a vlastností konkrétního typu slitiny.