Tepelné zpracování oceli je jedním z povinných postupů, které umožňují dodat požadované vlastnosti obrobkům a dílům. Může být prováděn v různých fázích výroby, přičemž chemické složení materiálu se nemění.
Tento proces umožňuje zvýšit obrobitelnost dílů, zmírnit zbytkové pnutí a obecně zlepšit výkonnostní charakteristiky. Řekneme vám více o tepelném zpracování oceli a také o tom, v jakých fázích může být provedeno.
Obsah
- Úkoly tepelného zpracování oceli podle GOST
- 4 hlavní typy tepelného zpracování oceli
- Jak se tepelně zpracovávají oceli a slitiny
- Na dovolené
- Během žíhání
- Při otužování
- Při normalizaci
- Nuance tepelného zpracování oceli různých jakostí, stejně jako neželezných slitin
Úkoly tepelného zpracování oceli podle GOST
Tepelné zpracování oceli se provádí při maximální teplotě, při které dochází k následujícímu:
- rekrystalizace oceli,
- přechod železa z gama na alfa formu,
- přeměna velkých částic na desky.
Výkonové vlastnosti oceli a snadnost zpracování kovů přímo závisí na vnitřní struktuře dvoufázové směsi.
Hlavní účel tepelného zpracování oceli:
- Výroba trvanlivých, tepelně odolných, otěruvzdorných a korozivzdorných hotových výrobků z oceli.
- Odstranění vnitřního pnutí v obrobcích po odlévání, lisování za tepla a za studena, hluboké tažení oceli. To zvyšuje jeho tažnost a usnadňuje řezání.
Tepelné zpracování se aplikuje na takové druhy ocelí, jako jsou:
- uhlík a slitina,
- s obsahem uhlíku od 0,25 % do 0,7 %,
- strukturální, instrumentální a speciální,
- různé kvality.
Kvalita tepelného zpracování oceli závisí na následujících hlavních parametrech:
- doba (rychlost) ohřevu,
- teplota ohřevu,
- doba výdrže při stanovené teplotě,
- intenzita (období ochlazování).
Chcete-li získat různé typy tepelného zpracování oceli, můžete změnit výše uvedené parametry.
4 hlavní typy tepelného zpracování oceli
Tepelné zpracování oceli je proces změny vnitřní struktury a struktury oceli vlivem zahřívání, udržování a ochlazování. V každé fázi tepelného zpracování je nutné přísné dodržování teploty, rychlosti a doby trvání v závislosti na podílu uhlíku a legujících prvků ve slitině. Při zahřívání dochází ke změnám struktury materiálu a při ochlazování k těmto strukturálním změnám v opačném pořadí.
Druhy tepelné úpravy:
- Žíhání:
- homogenizace,
- rekrystalizace,
- izotermické žíhání,
- žíhání k odstranění stresu,
- kompletní žíhání,
- neúplné žíhání.
- Kalení
- Normalizace
- Dovolená:
- krátký,
- průměrný,
- vysoký.
Níže jsou uvedeny podrobnosti o každém typu tepelného zpracování.
Jak se tepelně zpracovávají oceli a slitiny
Na dovolené
Tento typ tepelného zpracování se velmi často využívá ve strojírenství při výrobě ocelových výrobků pro různé účely. Pro snížení vnitřního zbytkového napětí se používá popouštění s kalením. Tato metoda umožňuje získat odolný materiál a odstranit jeho křehkost, ke které dochází pod vlivem zvýšených teplot.
Dalším důležitým účelem popouštění je zvýšit rázovou houževnatost kovu, a tím snížit jeho tvrdost. Silný vnější náraz tvrdými předměty tedy nepoškodí povrch materiálu.
Pro objasnění teplotních režimů použijte při tepelném zpracování oceli následující tabulku matných barev:
Druhy technologie temperování:
Tato metoda se používá k získání martenzitické struktury oceli. Jeho hlavní funkcí je maximalizace viskozity materiálu při zachování jeho tuhosti.
Obvyklá teplota ohřevu je +150 °C, maximum není více než +250 °C. Při normálním zahřívání se kov udržuje asi 1,5 hodiny. Ochlaďte v oleji nebo na vzduchu, abyste zvýšili pevnost obrobku nebo hotové součásti.
Nízké popouštění se používá při výrobě měřicích přístrojů nebo různých řezných produktů.
Obvyklá teplota ohřevu při zpracování není vyšší než +340 °C. Charakteristickým rysem metody je zvýšení maximální teploty na +500 °C. Chlazení se provádí vzduchem.
Hlavním cílem je přechod z martenzitické struktury na troostit. To umožňuje zvýšení viskozity materiálu, zatímco jeho tvrdost klesá. Tato technologie se používá při výrobě dílů, které se používají při velkém zatížení.
Nejúčinnější metoda pro snížení vysokého vnitřního napětí. Materiál se zahřívá na teploty od +450 do + 600 °C, aby se zvýšila jeho viskozita a tažnost bez snížení pevnosti. Komplexní, ale optimální způsob výroby kritických dílů. Používá se pro tepelné zpracování většiny konstrukčních ocelí.
Během žíhání
Žíhání je druh tepelného zpracování oceli, který slouží k získání rovnovážné, homogenní vnitřní struktury oceli a výraznému snížení jejího pnutí. Při zpracování se materiál zahřeje na vysokou teplotu, dlouho se drží a chladí.
Některé podtypy tepelného zpracování se používají v průmyslu:
- Homogenizace nebo difúzní žíhání. Tepelné zpracování oceli nastává při zahřátí z +1 000 na +1 150 °C. Materiál se uchovává po dobu 8 hodin. U některých jakostí oceli se doba expozice prodlužuje na 15 hodin. Během chlazení sledujte teplotu. Obrobek se z pece vyjme až po ochlazení na +800 °C. Poté dochází k ochlazení vzduchem.
- Rekrystalizace – nízké žíhání, které je nutné po deformaci. Hlavním cílem tohoto procesu je zpevnění oceli změnou tvaru zrna v kovové struktuře. Teplota ohřevu od +100 do +200 °C. Doba expozice není delší než dvě hodiny. Dlouhodobé chlazení se provádí uvnitř pece.
- Uvolnění vnitřního a zbytkového napětí. Maximální teplota ohřevu je +727 °C. Ze všech typů žíhání je nejdelší doba expozice 20 hodin. Chlazení obrobku probíhá velmi pomalu. Tato metoda žíhání je vhodná pro výrobky, které byly obráběny, svařovány nebo odlévány.
- Izometrické žíhání. Tento typ tepelného zpracování se používá pouze u legovaných ocelí. Teplota ohřevu se volí na základě přirozeného limitu pro každou konkrétní jakost oceli. Maximum se zvýší o dalších 20–30 °C. Kov se ochlazuje ve dvou fázích – rychle a pomalu. V tomto stavu se bude austenit postupně rozpadat.
- Úplné žíhání. Používá se k získání jemnozrnné struktury oceli, zejména s perlitem a feritem. Proces je vhodný pro různé druhy obrobků – lisované, lité nebo kované. Ohřev se provádí stejným způsobem jako u izometrické expozice – teplota se zvýší na maximum, zvýší se o dalších 30–50 °C. Obrobek se ochladí na +500 °C. Sledujte rychlost chlazení a uveďte ji za hodinu. Při tepelném zpracování se uhlíková ocel ochladí na +150 °C a legovaná ocel – na +50 °C.
- Částečné žíhání. Hlavním cílem procesu je přechod z perlitové struktury na feritovo-cementitovou strukturu. Toto tepelné zpracování se používá pro výrobky z oceli, které se vyrábějí svařováním elektrickým obloukem. Teplota ohřevu – +700 °C. Stárnutí – 20 hodin. Pomalé chlazení obrobků. Poté se zvyšuje pevnost a ochrana před mechanickým poškozením.
Při otužování
Kalení je stejně jako popouštění nejběžnější metodou tepelného zpracování. Je nutné zvýšit vlastnosti oceli, jako je tvrdost, maximální elasticita a odolnost proti opotřebení. Tato úprava snižuje pevnost v tlaku a v tahu. Pro zlepšení výkonnostních vlastností se nástrojové oceli často podrobují takovému tepelnému zpracování.
Kalení je nejstarší metoda tepelného zpracování. Jeho vlastností je rychlé ochlazení oceli zahřáté na maximální teplotu. Maximální ohřev závisí na jakosti oceli. Hlavní věc je vzít v úvahu, při jaké teplotě začíná proces změny vnitřní krystalové mřížky.
Změnou třídy slitiny se změní následující parametry:
- Chladící médium. Nejjednodušší metodou je ponoření do vody. Ke zlepšení výkonu oceli dochází k chlazení pomocí oleje, inertního plynu nebo solných roztoků.
- Rychlost chlazení. Závisí na počáteční teplotě ohřevu. Teplota plynu, roztoku obsahujícího sůl a vody se také může lišit.
- Topení. Vybírá se na základě limitu, při kterém dochází ke změně vnitřní struktury. U většiny značek slitin je to +900 °C.
Při normalizaci
Normalizace je druh tepelného zpracování oceli, při kterém se mění struktura a zjemňuje se zrno uvnitř slitiny. Tento proces je vhodný pro nízkouhlíkovou a legovanou ocel.
Hlavní výhodou této úpravy je zvýšení tvrdosti oceli až na 300 HB. Je možné použít polotovary získané metodou válcování za tepla. Zvyšuje se pevnost, odolnost proti opotřebení a houževnatost oceli. To usnadňuje další krok zpracování.
Chladicí médium je vzduch. Limit teploty ohřevu je zvýšení o dalších 50 °C na stanovené maximum pro konkrétní jakost oceli.
Nuance tepelného zpracování oceli různých jakostí, stejně jako neželezných slitin
Tepelné zpracování legovaných ocelí jakosti 20Kh, 15KhGN2TA, 4Kh5MFS, 20Kh2N4A, 50KhGFA, 6KhV2S, 18KhG, U9, 45G2, 20KhGR, 38KhN3MA, 7KhNitic, obecné požadavky na slitinu perleti a marustenitic, 3KhNitic a 20 Na grafu jsou určité kritické body pro výrobu perlitu, martenzitu, austenitické nebo feritické oceli. K tepelnému zpracování takových slitin dochází dlouhodobým zahříváním na určitou teplotu.
Tento proces je také doprovázen prodlouženým stárnutím a pomalým chlazením. Musíme ale mít na paměti, že při tuhnutí je ochlazování rychlejší. Fyzikální zákony vysvětlují, proč dochází k pomalému zahřívání a ochlazování: čím vyšší je přenos tepla, tím nižší je pravděpodobnost poškození slitiny. Zahřívání se provádí postupně, po celé ploše výrobku.
Po tepelném zpracování se nerezové oceli jakosti 07H16H6, 20H13, 20H14, 20H16, 20H18H9Т a podobné slitiny (označené označením „X“ – procento chrómu ve hmotě) nechají pomalu vychladnout v peci. Patří sem i slitiny s obsahem chrómu 13 % a vyšším na hmotnost obrobku. Některá průmyslová odvětví používají elektrické topné zařízení jako součást pece se zpožděným ohřevem, která ohřívá kov podle určitého algoritmu. To vám umožní dodržovat výrobní technologii.
Při tepelném zpracování se austenitické oceli dočasně zahřejí v peci na +1 150 °C. Po požadované expozici se kalená ocel chladí v oleji až do úplného vychladnutí nebo podle určitého algoritmu. To vám umožní dosáhnout stabilní vnitřní struktury. Slitina zároveň zlepšuje všechny své vlastnosti.
Při tepelném zpracování se rychlořezná ocel zahřívá v peci s extrémně přesným tepelným senzorem. Pomalé zahřívání a chlazení. Při správné technologii může ocel ztratit svou počáteční tvrdost pouze při +650. +700 °C.
V závislosti na tom, jaký typ oceli je třeba získat, jednoduché uhlíkové oceli jakosti St3, St4, St5, St6, St8, St10, St15, St20, St25, St30, St35, St40, St45, St50, St55, St60, St75, obsahující setiny uhlíku z hmotnosti obrobků jsou normalizovány a temperovány, žíhány pomocí obecné technologie „martenzit – perlit – austenit – ferit“. Hlavním úkolem je zvýšit stabilitu molekulárních vazeb v krystalové mřížce a snížit křehkost.
Tepelné zpracování neželezných slitin se od ostatních kovů liší speciální krystalickou mřížkou, zvýšenou nebo sníženou tepelnou vodivostí a chemickou reakcí na kyslík a vodík:
- Při tepelném zpracování slitin hliníku a mědi nejsou žádné potíže s ohřevem, ale pro slitinu titanu je to hlavní problém, protože její tepelná vodivost je 15krát nižší než u hliníku.
- Slitiny mědi přicházejí do styku s kyslíkem při maximálních teplotách, proto se tepelné zpracování provádí v ochranném prostředí.
- Slitiny s hliníkem jsou vlastně pasivní vůči atmosférickým plynům, zatímco slitina titanu je naopak hydrogenovaná. Pro snížení procenta vodíku se proto titan zpracovává ve vakuovém prostředí. Tepelné zpracování oceli z deformovatelných kovů s hliníkem (profily, trubky, úhelníky) se provádí při teplotě ohřevu +450–500 °C.
doporučené články
Tepelnou úpravu nelze vidět bez speciálních přístrojů. Chcete-li vyhodnotit výsledek získaný tepelnými odborníky, musíte použít mikroskop s použitím mikroskopických řezů nebo nástrojů pro měření mechanických vlastností kovu.
Tepelné zpracování oceli hraje obrovskou roli při formování všech vlastností hotových výrobků. Díky němu se zvyšuje odolnost proti opotřebení a provozní pevnost dílů a v důsledku toho se zlepšuje provoz strojů nebo mechanismů. Pomocí referenční knihy obsahující informace o tepelném zpracování oceli můžete také objasnit vlastnosti a konstrukční schémata výrobků používaných v provozech tepelného zpracování.
