Tepelné spracovanie zliatin. Druhy tepelného spracovania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Tepelné spracovanie zliatin je neoddeliteľnou súčasťou výrobného procesu železnej a neželeznej metalurgie. V dôsledku tohto postupu sú kovy schopné zmeniť svoje charakteristiky na požadované hodnoty. V tomto článku zvážime hlavné typy tepelného spracovania používaného v modernom priemysle.

Esencia tepelného spracovania

Pri výrobe polotovarov sa kovové diely tepelne upravujú, aby im dodali požadované vlastnosti (pevnosť, odolnosť proti korózii a opotrebovaniu atď.). Tepelné spracovanie zliatin je súbor umelo vytvorených procesov, pri ktorých dochádza v zliatinách vplyvom vysokých teplôt k štrukturálnym a fyzikálnym a mechanickým zmenám, ale chemické zloženie látky je zachované.

Účel tepelného spracovania

Kovové výrobky, ktoré sa denne používajú vo všetkých odvetviach národného hospodárstva, musia spĺňať vysoké požiadavky na odolnosť proti opotrebovaniu. Kov ako surovina je potrebné spevniť potrebnými úžitkovými vlastnosťami, čo môže byťbyť vystavený vysokým teplotám. Tepelné spracovanie zliatin pri vysokých teplotách mení pôvodnú štruktúru látky, prerozdeľuje jej zložky, mení veľkosť a tvar kryštálov. To všetko vedie k minimalizácii vnútorného napätia kovu a tým k zvýšeniu jeho fyzikálnych a mechanických vlastností.

Typy tepelného spracovania

Tepelné spracovanie kovových zliatin pozostáva z troch jednoduchých procesov: zahriatie suroviny (polotovaru) na požadovanú teplotu, jej udržanie za špecifikovaných podmienok počas požadovanej doby a rýchle ochladenie. V modernej výrobe sa používa niekoľko druhov tepelného spracovania, ktoré sa líšia v niektorých technologických vlastnostiach, ale procesný algoritmus vo všeobecnosti zostáva všade rovnaký.

Podľa spôsobu vykonávania tepelného spracovania existujú tieto typy:

• Tepelné (kalenie, popúšťanie, žíhanie, starnutie, kryogénne spracovanie).
• Termomechanické spracovanie zahŕňa spracovanie pri vysokej teplote v kombinácii s mechanickým pôsobením na zliatinu.
• Chemicko-tepelné spracovanie zahŕňa tepelné spracovanie kovu, po ktorom nasleduje obohatenie povrchu produktu chemickými prvkami (uhlík, dusík, chróm atď.).

Žíhanie

Žíhanie je výrobný proces, pri ktorom sa kovy a zliatiny ohrievajú na vopred stanovenú teplotu a potom spolu s pecou, v ktorej proces prebiehal, veľmi pomaly prirodzene chladnú. V dôsledku žíhania je možné eliminovať nehomogenity chemického zloženialátky, uvoľňujú vnútorné napätie, dosahujú zrnitú štruktúru a zlepšujú ju ako takú, ako aj znižujú tvrdosť zliatiny pre uľahčenie jej ďalšieho spracovania. Existujú dva typy žíhania: žíhanie prvého a druhého druhu.

Žíhanie prvej triedy zahŕňa tepelné spracovanie, v dôsledku ktorého dochádza k malej alebo žiadnej zmene fázového stavu zliatiny. Má tiež svoje vlastné odrody: homogenizovaná - teplota žíhania je 1100-1200, za takýchto podmienok sa zliatiny uchovávajú 8-15 hodín, rekryštalizácia (pri t 100-200) žíhanie sa používa pre nitovanú oceľ, to znamená už deformovanú byť zima.

Žíhanie druhého druhu vedie k významným fázovým zmenám v zliatine. Má tiež niekoľko odrôd:

• Úplné žíhanie - zahriatie zliatiny 30-50 nad kritickú teplotnú značku charakteristickú pre túto látku a ochladzovanie špecifikovanou rýchlosťou (200/hod - uhlíkové ocele, 100/hod a 50/hod - nízkolegované a vysokolegované -legované ocele).
• Neúplné – zahrievanie na kritický bod a pomalé chladenie.
• Difúzia – teplota žíhania 1100-1200.
• Izotermický - ohrev prebieha rovnakým spôsobom ako pri úplnom žíhaní, potom sa však vykoná rýchle ochladenie na teplotu mierne pod kritickú a nechá sa vychladnúť na vzduchu.
• Normalizované - úplné žíhanie s následným ochladením kovu na vzduchu, a nie v peci.

Kalenie

Temperovanie je manipuláciaso zliatinou, ktorej účelom je dosiahnuť martenzitickú premenu kovu, čím sa zníži ťažnosť produktu a zvýši sa jeho pevnosť. Kalenie, rovnako ako žíhanie, zahŕňa ohrev kovu v peci nad kritickú teplotu na teplotu kalenia, rozdiel spočíva vo vyššej rýchlosti ochladzovania, ku ktorému dochádza v kvapalnom kúpeli. V závislosti od kovu a dokonca aj jeho tvaru sa používajú rôzne typy kalenia:

• Kalenie v rovnakom prostredí, teda v rovnakom kúpeli s kvapalinou (voda na veľké diely, olej na malé diely).
• Prerušované vytvrdzovanie - chladenie prebieha v dvoch po sebe nasledujúcich stupňoch: najprv v kvapaline (ostrejšia chladiaca kvapalina) na teplotu približne 300, potom na vzduchu alebo v inom olejovom kúpeli.
• Stupňované – keď produkt dosiahne vytvrdzovaciu teplotu, nejaký čas sa ochladzuje v roztavených soliach a nasleduje ochladenie na vzduchu.
• Izotermická - technológia je veľmi podobná krokovému kaleniu, líši sa iba dobou výdrže produktu pri teplote martenzitickej transformácie.
• Samopopúšťacie kalenie sa líši od iných typov tým, že zahriaty kov nie je úplne ochladený, takže v strede dielu zostáva teplá oblasť. V dôsledku tejto manipulácie produkt získava vlastnosti zvýšenej pevnosti na povrchu a vysokej viskozity v strede. Táto kombinácia je nevyhnutná pre bicie nástroje (kladivá, dláta atď.)

Dovolenka

Popúšťanie je konečná fáza tepelného spracovania zliatin, ktorá určujekonečná štruktúra kovu. Hlavným účelom temperovania je znížiť krehkosť kovového výrobku. Princípom je zahriatie dielu na teplotu pod kritickú teplotu a jeho ochladenie. Pretože sa režimy tepelného spracovania a rýchlosť chladenia kovových výrobkov na rôzne účely môžu líšiť, existujú tri typy temperovania:

• Vysoká - teplota ohrevu je od 350-600 do hodnoty pod kritickou hodnotou. Tento postup sa najčastejšie používa pri kovových konštrukciách.
• Stredné - tepelné spracovanie pri t 350-500, bežné pre pružinové produkty a pružiny.
• Nízka - teplota ohrevu produktu nie je vyššia ako 250, čo umožňuje dosiahnuť vysokú pevnosť a odolnosť dielov voči opotrebovaniu.

Starnutie

Starnutie je tepelné spracovanie zliatin, ktoré spôsobuje procesy rozkladu presýteného kovu po kalení. Výsledkom starnutia je zvýšenie hraníc tvrdosti, klzu a pevnosti hotového výrobku. Starnutiu podlieha nielen liatina, ale aj neželezné kovy vrátane ľahko deformovateľných hliníkových zliatin. Ak sa kovový výrobok vystavený vytvrdzovaniu udržiava pri normálnej teplote, vyskytujú sa v ňom procesy, ktoré vedú k spontánnemu zvýšeniu pevnosti a zníženiu ťažnosti. Toto sa nazýva prirodzené starnutie kovu. Ak sa rovnaká manipulácia vykoná pri zvýšených teplotách, bude sa to nazývať umelé starnutie.

Kryogénna úprava

Zmeny v štruktúre zliatin,čo znamená, že ich vlastnosti možno dosiahnuť nielen vysokými, ale aj extrémne nízkymi teplotami. Tepelné spracovanie zliatin pri t pod nulou sa nazýva kryogénne. Táto technológia je široko používaná v rôznych odvetviach národného hospodárstva ako doplnok k vysokoteplotným tepelným úpravám, pretože dokáže výrazne znížiť náklady na procesy tepelného kalenia.

Kryogénne spracovanie zliatin sa vykonáva pri t -196 v špeciálnom kryogénnom procesore. Táto technológia môže výrazne zvýšiť životnosť obrábanej časti a antikorózne vlastnosti, ako aj eliminovať potrebu opakovaných úprav.

Termomechanické spracovanie

Nový spôsob spracovania zliatin spája spracovanie kovov pri vysokých teplotách s mechanickou deformáciou výrobkov, ktoré sú v plastickom stave. Termomechanická úprava (TMT) podľa spôsobu dokončenia môže byť troch typov:

• Nízkoteplotné TMT pozostáva z dvoch etáp: plastickej deformácie, po ktorej nasleduje kalenie a temperovanie dielu. Hlavným rozdielom od iných typov TMT je teplota ohrevu do austenitického stavu zliatiny.
• Vysokoteplotné TMT zahŕňa zahrievanie zliatiny do martenzitického stavu v kombinácii s plastickou deformáciou.
• Predbežná - deformácia sa vykonáva pri t 20, po ktorej nasleduje kalenie a popúšťanie kovu.

Chemicko-tepelné ošetrenie

Zmeňte štruktúru a vlastnosti zliatinje to možné aj pomocou chemicko-tepelného spracovania, ktoré spája tepelné a chemické účinky na kovy. Konečným cieľom tohto postupu je okrem udelenia zvýšenej pevnosti, tvrdosti a odolnosti proti opotrebeniu produktu tiež dodať dielu odolnosť voči kyselinám a požiarnu odolnosť. Táto skupina zahŕňa nasledujúce typy tepelného spracovania:

• Cementácia sa vykonáva s cieľom dodať povrchu produktu dodatočnú pevnosť. Podstatou postupu je nasýtenie kovu uhlíkom. Nauhličovanie sa môže vykonávať dvoma spôsobmi: pevným a plynovým nauhličovaním. V prvom prípade sa spracovaný materiál spolu s uhlím a jeho aktivátorom vloží do pece a zahreje sa na určitú teplotu s následným podržaním v tomto prostredí a ochladením. V prípade plynového nauhličovania sa produkt zahrieva v peci až na 900 °C pod kontinuálnym prúdom uhlíkatého plynu.
• Nitridácia je chemicko-tepelná úprava kovových výrobkov saturáciou ich povrchu v dusíkovom prostredí. Výsledkom tohto postupu je zvýšenie pevnosti dielu v ťahu a zvýšenie jeho odolnosti proti korózii.
• Kyanidácia je nasýtenie kovu dusíkom a uhlíkom súčasne. Médium môže byť kvapalné (roztavené soli obsahujúce uhlík a dusík) a plynné.
• Difúzne pokovovanie je moderná metóda dodávania tepelnej odolnosti, odolnosti voči kyselinám a odolnosti voči opotrebovaniu kovovým výrobkom. Povrch takýchto zliatin je nasýtený rôznymi kovmi (hliník, chróm) a metaloidmi (kremík, bór).

Funkcietepelné spracovanie liatiny

Zliatiny liatiny sa podrobujú tepelnému spracovaniu pomocou mierne odlišnej technológie ako zliatiny neželezných kovov. Liatina (sivá, vysokopevná, legovaná) prechádza nasledujúcimi druhmi tepelného spracovania: žíhanie (pri t 500-650), normalizácia, kalenie (kontinuálne, izotermické, povrchové), popúšťanie, nitridovanie (sivé liatiny), hliníkovanie (perlitické liatiny), chrómovanie. Všetky tieto postupy vo výsledku výrazne zlepšujú vlastnosti finálnych liatinových výrobkov: zvyšujú životnosť, eliminujú pravdepodobnosť vzniku trhlín pri používaní výrobku, zvyšujú pevnosť a tepelnú odolnosť liatiny.

Tepelné spracovanie neželezných zliatin

Neželezné kovy a zliatiny majú navzájom odlišné vlastnosti, preto sa spracovávajú rôznymi metódami. Zliatiny medi sa teda podrobia rekryštalizačnému žíhaniu, aby sa vyrovnalo chemické zloženie. Pre mosadz sa poskytuje technológia nízkoteplotného žíhania (200-300), pretože táto zliatina je náchylná na spontánne praskanie vo vlhkom prostredí. Bronz sa podrobí homogenizácii a žíhaniu pri t až 550 °C. Horčík je žíhaný, ochladzovaný a podrobený umelému starnutiu (u ochladeného magnézia nedochádza k prirodzenému starnutiu). Hliník, podobne ako horčík, prechádza tromi spôsobmi tepelného spracovania: žíhaním, kalením a starnutím, po ktorých tvárnené hliníkové zliatiny výrazne zvyšujú svoju pevnosť. Spracovanie titánových zliatin zahŕňa: rekryštalizačné žíhanie, kalenie, starnutie, nitridáciu a nauhličovanie.

CV

Tepelné spracovanie kovov a zliatin je hlavným technologickým procesom v metalurgii železných aj neželezných kovov. Moderné technológie disponujú rôznymi spôsobmi tepelného spracovania na dosiahnutie požadovaných vlastností každého druhu spracovávaných zliatin. Každý kov má svoju vlastnú kritickú teplotu, čo znamená, že tepelné spracovanie by sa malo vykonávať s prihliadnutím na štrukturálne a fyzikálno-chemické vlastnosti látky. V konečnom dôsledku tak dosiahnete nielen želané výsledky, ale aj výrazne zefektívnite výrobné procesy.