Žíhanie ocele ako druh tepelného spracovania. Kovová technológia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 14:02

Vytváranie nových materiálov a kontrola ich vlastností je umením technológie kovov. Jedným z jeho nástrojov je tepelné spracovanie. Tieto procesy umožňujú meniť charakteristiky a tým aj oblasti použitia zliatin. Žíhanie ocele je široko používaná možnosť na odstránenie výrobných chýb vo výrobkoch, zvýšenie ich pevnosti a spoľahlivosti.

Procesné úlohy a ich odrody

Žíhacie operácie sa vykonávajú s cieľom:

• optimalizácia intrakryštalickej štruktúry, usporiadanie legujúcich prvkov;
• minimalizácia vnútorného skreslenia a napätia v dôsledku rýchlych fluktuácií procesnej teploty;
• zvýšenie ohybnosti predmetov pre následné rezanie.

Klasická operácia sa nazýva „úplné žíhanie“, existuje však množstvo jej odrôd v závislosti od špecifikovaných vlastností a charakteristík úloh: neúplná, nízka, difúzna (homogenizácia),izotermická, rekryštalizácia, normalizácia. Všetky sú v princípe podobné, avšak spôsoby tepelného spracovania ocelí sa výrazne líšia.

Tepelné spracovanie na základe tabuľky

Všetky premeny v metalurgii železa, ktoré sú založené na hre teplôt, jasne zodpovedajú diagramu zliatin železa a uhlíka. Ide o vizuálnu pomôcku na určenie mikroštruktúry uhlíkových ocelí alebo liatiny, ako aj bodov premeny štruktúr a ich vlastností vplyvom ohrevu alebo chladenia.

Technológia kovov reguluje všetky typy žíhania uhlíkových ocelí s týmto harmonogramom. Pre neúplné, nízke a tiež pre rekryštalizáciu sú „počiatočnými“hodnotami teploty čiara PSK, konkrétne jej kritický bod Ac₁. Úplné žíhanie a normalizácia ocele sú tepelne orientované na čiaru diagramu GSE, jej kritické body Ac₃ a Ac_{m. Diagram tiež jasne ukazuje súvislosť určitého spôsobu tepelného spracovania s typom materiálu z hľadiska obsahu uhlíka a zodpovedajúcu možnosť jeho implementácie pre konkrétnu zliatinu.}

Úplné žíhanie

Predmety: odliatky a výkovky z podeutektoidnej zliatiny, pričom zloženie ocele by malo vypĺňať uhlík v množstve do 0,8 %.

Cieľ:

• maximálna zmena v mikroštruktúre získaná liatím a tlakom za tepla, čím sa nehomogénna hrubozrnná kompozícia feritu a perlitu dostane do homogénnej jemnozrnnej;
• zníženie tvrdosti a zvýšenie ťažnosti pre ďalšie spracovanierezanie.

Technológia. Teplota žíhania ocele je o 30-50˚С vyššia ako kritický bod Ac_{3. Keď kov dosiahne špecifikované tepelné charakteristiky, udržia sa na tejto úrovni nejaký čas, čo umožňuje dokončiť všetky potrebné transformácie. Veľké perlitické a feritické zrná sa úplne transformujú na austenit. Ďalším stupňom je pomalé chladenie spolu s pecou, počas ktorého sa ferit a perlit opäť oddeľujú od austenitu, ktorý má jemnú zrnitosť a jednotnú štruktúru.}

Kompletné žíhanie ocele umožňuje eliminovať najnáročnejšie vnútorné chyby, je však veľmi dlhé a energeticky náročné.

Neúplné žíhanie

Predmety: hypoeutektoidné ocele bez závažných vnútorných nehomogenít.

Účel: Brúsenie a zmäkčenie perlitových zŕn bez zmeny feritickej bázy.

Technológia. Zahrievanie kovu na teploty spadajúce do intervalu medzi kritickými bodmi Ac₁ a Ac_{3. Expozícia polotovarov v peci so stabilnými charakteristikami prispieva k dokončeniu potrebných procesov. Chladenie prebieha pomaly spolu s rúrou. Na výstupe sa získa rovnaká perlitovo-feritová jemnozrnná štruktúra. Pri takomto tepelnom efekte sa perlit mení na jemnozrnný, zatiaľ čo ferit zostáva nezmenený kryštalický a môže sa meniť iba štrukturálne, aj brúsením.}

Neúplné žíhanie ocele umožňuje vyvážiť vnútorný stav a vlastnosti jednoduchých predmetov, je menej energeticky náročné.

Nízke žíhanie(rekryštalizácia)

Predmety: všetky typy valcovanej uhlíkovej ocele, legovaná oceľ s obsahom uhlíka do 0,65 % (napríklad guľkové ložiská), diely a polotovary vyrobené z neželezných kovov, ktoré neobsahujú vážne vnútorné chyby, ale potrebujú nízkoenergetická korekcia.

Cieľ:

• odstránenie vnútorných napätí a spevnenie vplyvom deformácie za studena aj za tepla;
• eliminovať negatívne účinky nerovnomerného chladenia zváraných konštrukcií, zvýšiť plasticitu a pevnosť švov;
• zjednotenie mikroštruktúry produktov metalurgie neželezných kovov;
• sferoidizácia lamelárneho perlitu – dáva mu zrnitý tvar.

Technológia.

Časti sa zahrievajú 50-100˚C pod kritickým bodom Ac_{1. Pod vplyvom takýchto vplyvov sa eliminujú drobné vnútorné zmeny. Celý technologický proces trvá cca 1-1,5 hodiny. Približné teplotné rozsahy pre niektoré materiály:}

1. Uhlíková oceľ a zliatiny medi - 600-700˚C.
2. Zliatiny niklu – 800-1200˚C.
3. Zliatiny hliníka – 300-450˚C.

Chladenie prebieha na vzduchu. Pre martenzitické a bainitické ocele poskytuje technológia kovov pre tento proces iný názov – vysoké popúšťanie. Je to jednoduchý a cenovo dostupný spôsob, ako zlepšiť vlastnosti dielov a štruktúr.

Homogenizácia (difúzne žíhanie)

Predmety: veľké odliatky, najmä odliatkylegovaná oceľ.

Účel: rovnomerné rozloženie atómov legujúcich prvkov v kryštálových mriežkach a celom objeme ingotu v dôsledku vysokoteplotnej difúzie; zmäkčenie štruktúry obrobku, zníženie jeho tvrdosti pred vykonaním následných technologických operácií.

Technológia. Materiál sa zahrieva na vysoké teploty 1000-1200˚С. Stabilné tepelné charakteristiky je potrebné udržiavať dlhodobo – cca 10-15 hodín, v závislosti od veľkosti a zložitosti liatej konštrukcie. Po dokončení všetkých stupňov vysokoteplotných transformácií nasleduje pomalé chladenie.

Náročný, ale vysoko efektívny proces vyrovnávania mikroštruktúry veľkých štruktúr.

Izotermické žíhanie

Predmety: plechy z uhlíkovej ocele, zliatiny a vysokolegované výrobky.

Cieľ: Zlepšenie mikroštruktúry, odstránenie vnútorných defektov za kratší čas.

Technológia. Kov sa najskôr zahreje na plnú žíhaciu teplotu a zachová sa čas potrebný na premenu všetkých existujúcich štruktúr na austenit. Potom pomaly ochlaďte ponorením do horúcej soli. Po dosiahnutí teploty 50-100˚C pod bodom Ac_{1 sa umiestni do pece, aby sa udržala na tejto úrovni počas doby nevyhnutnej na úplnú transformáciu austenitu. na perlit a cementit. Konečné ochladenie prebieha na vzduchu.}

Táto metóda umožňuje dosiahnuť požadované vlastnosti polotovarov z legovanej ocele pri úspore času v porovnaní s plnýmižíhanie.

Normalizácia

Predmety: odliatky, výkovky a diely vyrobené z nízkouhlíkovej, stredne uhlíkovej a nízkolegovanej ocele.

Účel: zefektívniť vnútorný stav, dodať požadovanú tvrdosť a pevnosť, zlepšiť vnútorný stav pred následnými fázami tepelného spracovania a rezania.

Technológia. Oceľ sa zahrieva na teploty, ktoré ležia mierne nad čiarou GSE a jej kritickými bodmi, udržiava sa a chladí na vzduchu. Rýchlosť dokončovania procesov sa teda zvyšuje. Pri použití tohto postupu je však možné dosiahnuť racionálnu pokojnú štruktúru iba vtedy, keď je zloženie ocele určené uhlíkom v množstve nie väčšom ako 0,4%. S nárastom množstva uhlíka dochádza k zvýšeniu tvrdosti. Rovnaká oceľ po normalizácii má väčšiu tvrdosť spolu s rovnomerne rozmiestnenými jemnými zrnami. Táto technika umožňuje výrazne zvýšiť odolnosť zliatin proti deštrukcii a ťažnosť rezu.

Možné chyby žíhania

Pri vykonávaní operácií tepelného spracovania je potrebné dodržiavať špecifikované režimy teplotného ohrevu a chladenia. V prípade porušenia požiadaviek sa môžu vyskytnúť rôzne chyby.

1. Oxidácia povrchovej vrstvy a tvorba vodného kameňa. Počas operácie horúci kov reaguje so vzdušným kyslíkom, čo vedie k tvorbe vodného kameňa na povrchu obrobku. Čistí sa mechanicky alebo sšpeciálne chemikálie.
2. Spaľovanie uhlíka. Vyskytuje sa tiež v dôsledku vplyvu kyslíka na horúci kov. Zníženie množstva uhlíka v povrchovej vrstve vedie k zníženiu jeho mechanických a technologických vlastností. Aby sa predišlo týmto procesom, musí sa súbežne so zavádzaním ochranných plynov do pece vykonávať žíhanie ocele, ktorého hlavnou úlohou je zabrániť interakcii zliatiny s kyslíkom.
3. Prehrievanie. Je to dôsledok dlhodobého vystavenia v rúre pri vysokej teplote. Má za následok nadmerný rast zrna, získanie nehomogénnej hrubozrnnej štruktúry a zvýšenie lámavosti. Opraviť ďalším úplným žíhacím krokom.
4. Vyhorené. Vyskytuje sa v dôsledku prekročenia prípustných hodnôt ohrevu a expozície, vedie k zničeniu väzieb medzi niektorými zrnami, úplne kazí celú štruktúru kovu a nepodlieha korekcii.

Aby sa predišlo poruchám, je dôležité vykonávať úlohy tepelného spracovania presne, mať profesionálne zručnosti a prísne kontrolovať proces.

Žíhanie ocele je vysoko efektívna technológia na uvedenie mikroštruktúry dielov akejkoľvek zložitosti a zloženia do optimálnej vnútornej štruktúry a stavu, ktorý je potrebný pre následné stupne tepelných vplyvov, rezanie a uvedenie konštrukcie do prevádzky.