Žíhání oceli jako typ tepelného zpracování. Technologie kovů

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Vytváření nových materiálů a kontrola jejich vlastností je uměním technologie kovů. Jedním z jeho nástrojů je tepelné zpracování. Tyto procesy umožňují měnit vlastnosti a tím i oblasti použití slitin. Žíhání oceli je široce používanou možností pro odstranění výrobních vad ve výrobcích, zvýšení jejich pevnosti a spolehlivosti.

Úkoly procesu a jejich odrůdy

Žíhání se provádí s cílem:

• optimalizace intrakrystalické struktury, řazení legujících prvků;
• minimalizace vnitřního zkreslení a napětí v důsledku rychlých fluktuací procesní teploty;
• zvýšení poddajnosti předmětů pro následné řezání.

Klasická operace se nazývá „plné žíhání“, existuje však řada jejích variant v závislosti na specifikovaných vlastnostech a vlastnostech úloh: neúplné, nízké, difúzní (homogenizace),izotermická, rekrystalizace, normalizace. Všechny jsou v principu podobné, avšak způsoby tepelného zpracování ocelí se výrazně liší.

Tepelné zpracování na základě tabulky

Všechny přeměny v metalurgii železa, které jsou založeny na hře teplot, jasně odpovídají diagramu slitin železa a uhlíku. Je to vizuální pomůcka pro určování mikrostruktury uhlíkových ocelí nebo litin, stejně jako bodů přeměny struktur a jejich vlastností pod vlivem ohřevu nebo chlazení.

Technologie kovů reguluje všechny typy žíhání uhlíkových ocelí podle tohoto plánu. Pro neúplnou, nízkou a také pro rekrystalizaci jsou „počáteční“hodnoty teploty linie PSK, konkrétně její kritický bod Ac₁. Úplné žíhání a normalizace oceli jsou tepelně orientovány na čáru diagramu GSE, její kritické body Ac₃ a Ac_{m. Diagram také jasně ukazuje souvislost určitého způsobu tepelného zpracování s typem materiálu z hlediska obsahu uhlíku a odpovídající možnosti jeho implementace pro konkrétní slitinu.}

Úplné žíhání

Předměty: odlitky a výkovky z podeutektoidní slitiny, přičemž složení oceli by mělo plnit uhlík v množství až 0,8 %.

Cíl:

• maximální změna mikrostruktury získaná litím a tlakem za tepla, čímž se nehomogenní hrubozrnná ferit-perlitová kompozice dostane do homogenní jemnozrnné;
• snížení tvrdosti a zvýšení tažnosti pro další zpracovánířezání.

Technologie. Teplota žíhání oceli je o 30-50˚С vyšší než kritický bod Ac_{3. Když kov dosáhne specifikovaných tepelných charakteristik, udrží se na této úrovni po určitou dobu, což umožňuje dokončit všechny potřebné transformace. Velká perlitická a feritická zrna se zcela přemění na austenit. Dalším stupněm je pomalé chlazení společně s pecí, při kterém se opět odděluje ferit a perlit od austenitu, který má jemnou zrnitost a jednotnou strukturu.}

Úplné žíhání oceli umožňuje odstranit nejobtížnější vnitřní vady, je však velmi dlouhé a energeticky náročné.

Neúplné žíhání

Předměty: hypoeutektoidní oceli bez závažných vnitřních nehomogenit.

Účel: Broušení a změkčování perlitových zrn bez změny feritického základu.

Technologie. Zahřívání kovu na teploty spadající do intervalu mezi kritickými body Ac₁ a Ac_{3. Expozice polotovarů v peci se stabilními charakteristikami přispívá k dokončení nezbytných procesů. Chlazení se provádí pomalu společně s troubou. Na výstupu se získá stejná perlit-feritová jemnozrnná struktura. S takovým tepelným efektem se perlit mění na jemnozrnný, zatímco ferit zůstává nezměněný krystalický a může se měnit pouze strukturálně, také broušením.}

Neúplné žíhání oceli umožňuje vyrovnat vnitřní stav a vlastnosti jednoduchých předmětů, je méně energeticky náročné.

Nízké žíhání(rekrystalizace)

Předměty: všechny typy válcované uhlíkové oceli, legované oceli s obsahem uhlíku do 0,65 % (například kuličková ložiska), díly a polotovary vyrobené z neželezných kovů, které neobsahují vážné vnitřní vady, ale potřebují nízkoenergetická korekce.

Cíl:

• odstranění vnitřních pnutí a zpevnění vlivem deformace za studena i za tepla;
• eliminují negativní vlivy nerovnoměrného chlazení svařovaných konstrukcí, zvyšují plasticitu a pevnost švů;
• zjednodušení mikrostruktury produktů metalurgie neželezných kovů;
• sféroidizace lamelárního perlitu – dává mu zrnitý tvar.

Technologie.

Díly se zahřívají o 50-100˚C pod kritickým bodem Ac_{1. Pod vlivem takových vlivů se eliminují drobné vnitřní změny. Celý technologický proces trvá cca 1-1,5 hodiny. Přibližné teplotní rozsahy pro některé materiály:}

1. Uhlíková ocel a slitiny mědi – 600-700˚C.
2. Slitiny niklu – 800-1200˚C.
3. Slitiny hliníku – 300-450˚C.

Chlazení probíhá na vzduchu. Pro martenzitické a bainitické oceli poskytuje technologie kovů pro tento proces jiný název – vysoké popouštění. Je to jednoduchý a cenově dostupný způsob, jak zlepšit vlastnosti dílů a konstrukcí.

Homogenizace (difúzní žíhání)

Předměty: velké odlitky, zejména odlitkylegovaná ocel.

Účel: rovnoměrné rozložení atomů legujících prvků po krystalových mřížkách a celém objemu ingotu v důsledku vysokoteplotní difúze; změkčení struktury obrobku, snížení jeho tvrdosti před provedením následných technologických operací.

Technologie. Materiál se zahřívá na vysoké teploty 1000-1200˚С. Stabilní tepelné charakteristiky musí být zachovány po dlouhou dobu - cca 10-15 hodin, v závislosti na velikosti a složitosti lité konstrukce. Po dokončení všech fází vysokoteplotních transformací následuje pomalé chlazení.

Pracovní, ale vysoce účinný proces pro vyrovnání mikrostruktury velkých struktur.

Izotermické žíhání

Předměty: plechy z uhlíkové oceli, slitiny a vysoce legované výrobky.

Cíl: Zlepšení mikrostruktury, odstranění vnitřních defektů za kratší dobu.

Technologie. Kov se nejprve zahřeje na plné žíhací teploty a zachová se doba potřebná pro přeměnu všech existujících struktur na austenit. Poté pomalu ochlaďte ponořením do horké soli. Po dosažení žáru na 50-100˚C pod bodem Ac_{1 se umístí do pece, aby se udržela na této úrovni po dobu nezbytnou pro úplnou transformaci austenitu. na perlit a cementit. Konečné ochlazení probíhá na vzduchu.}

Metoda umožňuje dosáhnout požadovaných vlastností polotovarů z legované oceli při úspoře času ve srovnání s plnýmižíhání.

Normalizace

Předměty: odlitky, výkovky a díly vyrobené z nízkouhlíkové, středně uhlíkové a nízkolegované oceli.

Účel: zefektivnit vnitřní stav, dodat požadovanou tvrdost a pevnost, zlepšit vnitřní stav před následnými fázemi tepelného zpracování a řezání.

Technologie. Ocel se zahřívá na teploty, které leží mírně nad linií GSE a jejími kritickými body, udržuje se a ochlazuje na vzduchu. Zvyšuje se tak rychlost dokončení procesů. Při použití tohoto postupu je však možné dosáhnout racionální klidné struktury pouze tehdy, když je složení oceli určeno uhlíkem v množství nejvýše 0,4%. S nárůstem množství uhlíku dochází ke zvýšení tvrdosti. Stejná ocel po normalizaci má větší tvrdost spolu s rovnoměrně rozmístěnými jemnými zrny. Tato technika umožňuje výrazně zvýšit odolnost slitin proti destrukci a tažnost řezání.

Možné vady žíhání

Při provádění operací tepelného zpracování je nutné dodržovat stanovené režimy teplotního ohřevu a chlazení. V případě porušení požadavků se mohou vyskytnout různé závady.

1. Oxidace povrchové vrstvy a tvorba vodního kamene. Během operace horký kov reaguje se vzdušným kyslíkem, což vede k tvorbě okují na povrchu obrobku. Čistit mechanicky nebo sspeciální chemikálie.
2. Spalování uhlíkem. Vzniká také v důsledku působení kyslíku na horký kov. Snížení množství uhlíku v povrchové vrstvě vede ke snížení jejích mechanických a technologických vlastností. Aby se těmto procesům předešlo, musí se souběžně se zaváděním ochranných plynů do pece provádět žíhání oceli, jehož hlavním úkolem je zabránit interakci slitiny s kyslíkem.
3. Přehřívání. Je to důsledek dlouhodobého působení v peci při vysoké teplotě. Má za následek nadměrný růst zrna, získání nehomogenní hrubozrnné struktury a zvýšení křehkosti. Opraveno dalším krokem úplného žíhání.
4. Vyhořel. Vyskytuje se v důsledku překročení přípustných hodnot ohřevu a expozice, vede k destrukci vazeb mezi některými zrny, zcela kazí celou strukturu kovu a nepodléhá opravám.

Aby se předešlo poruchám, je důležité provádět úkoly tepelného zpracování přesně, mít profesionální dovednosti a přísně kontrolovat proces.

Žíhání oceli je vysoce účinná technologie pro uvedení mikrostruktury dílů libovolné složitosti a složení do optimální vnitřní struktury a stavu, který je nutný pro následné fáze tepelných vlivů, řezání a uvádění konstrukce do provozu.