Tepelné zpracování slitin. Druhy tepelného zpracování

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Tepelné zpracování slitin je nedílnou součástí výrobního procesu železné a neželezné metalurgie. V důsledku tohoto postupu jsou kovy schopny změnit své charakteristiky na požadované hodnoty. V tomto článku se podíváme na hlavní typy tepelného zpracování používaného v moderním průmyslu.

Esence tepelného zpracování

Při výrobě polotovarů se kovové díly tepelně upravují, aby jim dodaly požadované vlastnosti (pevnost, odolnost proti korozi a opotřebení atd.). Tepelné zpracování slitin je soubor uměle vytvořených procesů, při kterých dochází ve slitinách vlivem vysokých teplot ke strukturálním a fyzikálním a mechanickým změnám, ale chemické složení látky je zachováno.

Účel tepelného zpracování

Kovové výrobky, které se denně používají ve všech odvětvích národního hospodářství, musí splňovat vysoké požadavky na odolnost proti opotřebení. Kov jako surovina je třeba zpevnit o potřebné výkonové vlastnosti, což může býtbýt vystaven vysokým teplotám. Tepelné zpracování slitin vysokými teplotami mění původní strukturu látky, redistribuuje její složky, transformuje velikost a tvar krystalů. To vše vede k minimalizaci vnitřního pnutí kovu a tím ke zvýšení jeho fyzikálních a mechanických vlastností.

Typy tepelného zpracování

Tepelné zpracování kovových slitin spočívá ve třech jednoduchých procesech: zahřátí suroviny (polotovaru) na požadovanou teplotu, její udržení za specifikovaných podmínek po požadovanou dobu a rychlé ochlazení. V moderní výrobě se používá několik typů tepelného zpracování, které se v některých technologických vlastnostech liší, ale procesní algoritmus obecně zůstává všude stejný.

Podle způsobu provádění tepelného zpracování existují následující typy:

• Tepelné (kalení, popouštění, žíhání, stárnutí, kryogenní zpracování).
• Termomechanické zpracování zahrnuje vysokoteplotní zpracování kombinované s mechanickým působením na slitinu.
• Chemotermální zahrnuje tepelné zpracování kovu s následným obohacením povrchu produktu chemickými prvky (uhlík, dusík, chrom atd.).

Žíhání

Žíhání je výrobní proces, při kterém se kovy a slitiny zahřívají na předem stanovenou teplotu a poté spolu s pecí, ve které proces probíhal, velmi pomalu přirozeně chladnou. V důsledku žíhání je možné eliminovat nehomogenity chemického složenílátky, uvolňují vnitřní pnutí, dosáhnou zrnité struktury a zdokonalí ji jako takovou, jakož i sníží tvrdost slitiny pro usnadnění jejího dalšího zpracování. Existují dva typy žíhání: žíhání prvního a druhého druhu.

Žíhání prvotřídní třídy zahrnuje tepelné zpracování, v důsledku čehož dochází k malé nebo žádné změně ve fázovém stavu slitiny. Má také své vlastní odrůdy: homogenizovaná - teplota žíhání je 1100-1200, za takových podmínek se slitiny udržují po dobu 8-15 hodin, rekrystalizace (při t 100-200) žíhání se používá pro nýtovanou ocel, to znamená již deformovanou je zima.

Žíhání druhého druhu vede k významným fázovým změnám slitiny. Má také několik odrůd:

• Úplné žíhání - zahřátí slitiny 30-50 nad kritickou teplotní značku charakteristickou pro tuto látku a chlazení specifikovanou rychlostí (200/hod - uhlíkové oceli, 100/hod a 50/hod - nízkolegované a vysokolegované -legované oceli).
• Neúplné – ohřev na kritický bod a pomalé chlazení.
• Difuze - teplota žíhání 1100-1200.
• Izotermický - ohřev probíhá stejným způsobem jako při plném žíhání, poté se však provede rychlé ochlazení na teplotu mírně pod kritickou a nechá se vychladnout na vzduchu.
• Normalizované - úplné žíhání s následným ochlazením kovu na vzduchu, nikoli v peci.

Kalení

Temperování je manipulacese slitinou, jejímž účelem je dosažení martenzitické přeměny kovu, která snižuje tažnost výrobku a zvyšuje jeho pevnost. Kalení, stejně jako žíhání, zahrnuje ohřev kovu v peci nad kritickou teplotu na teplotu kalení, rozdíl spočívá ve vyšší rychlosti ochlazování, ke kterému dochází v kapalné lázni. V závislosti na kovu a dokonce i jeho tvaru se používají různé typy kalení:

• Kolení ve stejném prostředí, tedy ve stejné lázni s kapalinou (voda pro velké díly, olej pro malé díly).
• Přerušované kalení - chlazení probíhá ve dvou po sobě jdoucích fázích: nejprve v kapalině (ostřejší chladicí kapalina) na teplotu přibližně 300 °C, poté na vzduchu nebo v jiné olejové lázni.
• Stupňovaný - když produkt dosáhne vytvrzovací teploty, je po určitou dobu ochlazen v roztavených solích a následně ochlazen na vzduchu.
• Izotermická - technologie je velmi podobná krokovému kalení, liší se pouze dobou výdrže produktu při teplotě martenzitické transformace.
• Samopopouštěcí kalení se od ostatních typů liší tím, že zahřátý kov není zcela ochlazen a zanechává teplou oblast uprostřed součásti. V důsledku této manipulace získává produkt vlastnosti zvýšené pevnosti na povrchu a vysoké viskozity uprostřed. Tato kombinace je nezbytná pro bicí nástroje (kladiva, dláta atd.)

Dovolená

Popouštění je konečná fáze tepelného zpracování slitin, která určujekonečná struktura kovu. Hlavním účelem temperování je snížit křehkost kovového výrobku. Princip spočívá v zahřátí dílu na teplotu pod kritickou teplotou a jeho ochlazení. Protože se režimy tepelného zpracování a rychlost chlazení kovových výrobků pro různé účely mohou lišit, existují tři typy temperování:

• Vysoká - teplota ohřevu je od 350-600 do hodnoty pod kritickou hodnotou. Tento postup se nejčastěji používá u kovových konstrukcí.
• Střední - tepelné zpracování při t 350-500, běžné pro pružinové produkty a pružiny.
• Nízká - teplota ohřevu produktu není vyšší než 250, což umožňuje dosáhnout vysoké pevnosti a odolnosti dílů proti opotřebení.

Stárnutí

Stárnutí je tepelné zpracování slitin, které způsobuje procesy rozkladu přesyceného kovu po kalení. Výsledkem stárnutí je zvýšení mezí tvrdosti, kluzu a pevnosti hotového výrobku. Stárnutí podléhá nejen litina, ale také neželezné kovy včetně snadno deformovatelných hliníkových slitin. Pokud je kovový výrobek vystavený kalení udržován při normální teplotě, dochází v něm k procesům, které vedou ke spontánnímu zvýšení pevnosti a snížení tažnosti. Tomu se říká přirozené stárnutí kovu. Pokud se stejná manipulace provádí při zvýšených teplotách, bude to nazýváno umělé stárnutí.

Kryogenní léčba

Změny ve struktuře slitin,což znamená, že jejich vlastností lze dosáhnout nejen vysokými, ale i extrémně nízkými teplotami. Tepelné zpracování slitin při t pod nulou se nazývá kryogenní. Tato technologie je široce používána v různých odvětvích národního hospodářství jako doplněk k vysokoteplotnímu tepelnému zpracování, protože může výrazně snížit náklady na procesy tepelného kalení.

Kryogenní úprava slitin se provádí při t -196 ve speciálním kryogenním procesoru. Tato technologie může výrazně zvýšit životnost obráběného dílu a antikorozní vlastnosti a také eliminovat potřebu opětovného ošetření.

Termomechanické ošetření

Nový způsob zpracování slitin kombinuje zpracování kovů při vysokých teplotách s mechanickou deformací výrobků, které jsou v plastickém stavu. Termomechanická úprava (TMT) podle způsobu dokončení může být tří typů:

• Nízkoteplotní TMT se skládá ze dvou fází: plastická deformace následovaná kalením a temperováním součásti. Hlavním rozdílem od ostatních typů TMT je teplota ohřevu do austenitického stavu slitiny.
• Vysokoteplotní TMT zahrnuje zahřívání slitiny do martenzitického stavu v kombinaci s plastickou deformací.
• Předběžná - deformace se provádí při t 20, následuje kalení a popouštění kovu.

Chemicko-tepelné ošetření

Změňte strukturu a vlastnosti slitinje to možné i pomocí chemicko-tepelného zpracování, které kombinuje tepelné a chemické působení na kovy. Konečným cílem tohoto postupu je kromě zvýšení pevnosti, tvrdosti a odolnosti proti opotřebení výrobku také dodat dílu odolnost proti kyselinám a ohni. Tato skupina zahrnuje následující typy tepelného zpracování:

• Cementace se provádí, aby povrch produktu dodal další pevnost. Podstatou postupu je nasycení kovu uhlíkem. Nauhličování lze provádět dvěma způsoby: pevným a plynovým nauhličováním. V prvním případě se zpracovávaný materiál spolu s uhlím a jeho aktivátorem vloží do pece a zahřeje se na určitou teplotu, následně se v tomto prostředí podrží a ochladí. V případě nauhličování plynem se produkt zahřívá v peci až na 900 °C pod nepřetržitým proudem uhlíkatého plynu.
• Nitridace je chemicko-tepelné zpracování kovových výrobků nasycením jejich povrchu v dusíkovém prostředí. Výsledkem tohoto postupu je zvýšení pevnosti součásti v tahu a zvýšení její odolnosti proti korozi.
• Kyanidace je nasycení kovu dusíkem a uhlíkem současně. Médium může být kapalné (roztavené soli obsahující uhlík a dusík) a plynné.
• Difuzní pokovování je moderní metoda, která kovovým výrobkům dodává tepelnou odolnost, odolnost proti kyselinám a odolnost proti opotřebení. Povrch takových slitin je nasycen různými kovy (hliník, chrom) a metaloidy (křemík, bor).

Funkcetepelné zpracování litiny

Slitiny litiny jsou podrobeny tepelnému zpracování za použití mírně odlišné technologie než slitiny neželezných kovů. Litina (šedá, vysokopevnostní, legovaná) prochází těmito druhy tepelného zpracování: žíhání (na t 500-650), normalizace, kalení (kontinuální, izotermické, povrchové), popouštění, nitridace (šedé litiny), hliníkování (perlitické litiny), chromování. Všechny tyto postupy ve výsledku výrazně zlepšují vlastnosti finálních litinových výrobků: zvyšují životnost, eliminují pravděpodobnost vzniku trhlin při používání výrobku, zvyšují pevnost a tepelnou odolnost litiny.

Tepelné zpracování neželezných slitin

Neželezné kovy a slitiny mají navzájem odlišné vlastnosti, proto se zpracovávají různými metodami. Slitiny mědi jsou tedy podrobeny rekrystalizačnímu žíhání, aby se vyrovnalo chemické složení. Pro mosaz je poskytována technologie nízkoteplotního žíhání (200-300), protože tato slitina je náchylná ke spontánnímu praskání ve vlhkém prostředí. Bronz se podrobí homogenizaci a žíhání při t až 550. Hořčík se žíhá, kalí a podrobuje umělému stárnutí (u kaleného hořčíku k přirozenému stárnutí nedochází). Hliník, stejně jako hořčík, prochází třemi způsoby tepelného zpracování: žíháním, kalením a stárnutím, po kterých slitiny tvářeného hliníku výrazně zvyšují svou pevnost. Zpracování titanových slitin zahrnuje: rekrystalizační žíhání, kalení, stárnutí, nitridaci a nauhličování.

CV

Tepelné zpracování kovů a slitin je hlavním technologickým procesem v metalurgii železa i neželezných kovů. Moderní technologie disponují řadou způsobů tepelného zpracování pro dosažení požadovaných vlastností jednotlivých typů zpracovávaných slitin. Každý kov má svou vlastní kritickou teplotu, což znamená, že tepelné zpracování by mělo být prováděno s ohledem na strukturální a fyzikálně-chemické vlastnosti látky. V konečném důsledku tak dosáhnete nejen požadovaných výsledků, ale také výrazně zefektivníte výrobní procesy.