Upravit stránku

Tepelné zpracování oceli

Pod pojmom TEPELNÉ SPRACOVANIE rozumieme všetky postupy, pri ktorých predmet alebo materiál v tuhom stave zámerne ohrievame a ochladzujeme určitým spôsobom tak, aby získalpožadované vlastnosti. Tepelným spracovaním ovplyvňujeme mechanické vlastnosti, ako pevnosť, tvrdosť, ťažnosť, vrubovú húževnatosť, odolnosť proti opotrebeniu. V mnohých prípadoch je s týmspojená zmena štruktúry viď. potreba dosiahnutia rovnovážneho stavu. Pretože dosiahnutierovnovážneho stavu pri fázových zmenách v tuhom stave je úplne určované difúziou, bude pre výsledok tepelného spracovania rozhodujúci, aký vplyv bude mať priebeh difúzie. Veľkosť difúzie je ovplyvnená jednak teplotou, a jednak dobou na takej teplote, pri ktorej ešte difúzie môže prebiehať. A práve spôsob ovplyvnenia difúzie delí tepelné spracovanie do dvoch základnýchskupín:

  • Spôsoby tepelného spracovania, ktoré difúzii skôr podporujú alebo ju brzdí len málo: ŽÍHANIE

  • Spôsoby tepelného spracovania, ktoré difúzii podstatne brzdí alebo úplne zamedzujú: KALENIE

Druhy žíhania podľa druhu žíhaného materiálu

  • Žíhanie ocelí
  • Žíhanie liatin
  • Žíhanie neželezných kovou

Žíhanie

Podstatou žíhania je ohrev súčasti na žíhacie teplotu (pre rôzne materiály a spôsoby žíhania rôzna),zotrvanie (výdrž) na tejto teplote po určitú dobu a potom zvyčajne veľmi pomalé ochladzovanie. Uocele na spojovacie súčasti je žíhacie teplota tesne pod 721 ° C, kde zostane materiál po niekoľko hodín a následne pomaly ochladzovaný tak, aby došlo ku zmäknutia. Zmení sa tým štruktúra z tvrdého lamelárneho perlitu na mäkký globulárne perlit čím sa stane štruktúra materiálu ideálna pretvárnenie za studena.

Prehľad spôsobov žíhanie ocele

Spôsoby žíhanieSpôsobSpaľovacie teploty (° C)
Bez prekryštalizácieNamäkko
Rekryštalizačná
Protivločkové
K zníženiu pnutia
680 až 790
550 až 700
650 až 700
500 až 650
S prekryštalizáciouHomogenizačné
Normalizačné
Izotermickej
Rozpúšťacie
1000 až 1300
750 až 950
700 až 850
nad 950
 

Normalizačné žíhanie (s prekryštalizáciou)

Je prvým zo spôsobov žíhanie, pri ktorých dochádza k prekryštalizáciou. Zahriatím na teplotu 800-920 ° C s dostatočnou výdržou na tejto teplote tak, aby sa dosiahol homogénny austenit a následné pomalé ochladzovanie na pokojnom vzduchu. Výsledkom je tak pomerne jemnozrnná štruktúra s vyššou pevnosťou a zároveň sa tak odstránia nerovnomernosti štruktúry vzniknuté predchádzajúcom tvárnením.

Žíhanie k zníženiu pnutia

Používa sa na zníženie vnútorného pnutia, ktoré vznikajú vo výrobkoch napr po obrábanie, tvárnenie za tepla pri dokončovacích teplotách niečo nad 721 ° C, po nerovnomernom rýchlom ochladzovaní na vzduchu a pod Po ohreve na teplotu 500-600 ° C a výdrži na tejto teplote (1 až 10hod. podľa veľkosti a tvaru súčasti), následné pomalé ochladzovanie tak aby sme dosiahli ideálnu štruktúru materiálu pre tvárnenie za studena. Toto tepelné spracovanie sa používa pred výrobou za studena tvárnených skrutiek, vrutov pevnosti 4.6 a 5.6.

Kalenie a popúšťanie

Kalenie

Účelom kalenia je zvýšiť tvrdosť ocele. Ak je oceľ s minimálnym obsahom uhlíka 0,3% zahriata na teplotu 800 ° C (záleží od typu ocele), podržaná na tejto teplote a následne ochladená vodou, olejom, vzduchom, soľnú kúpeľov, (čím sa potlačí vznik feritu a perlitu) tak sa zachovalý nestabilný austenit pri teplotách pod 500 ° C premení na bainit alebo tvrdý, ale veľmi krehký martenzit. Dosiahnutá pevnosť záleží na percente C (čím viac, tým je oceľ tvrdšia - tvrdosť martenzitu už mnoho nestúpa po prekročení 0,8% C) a percente martenzitu, ktorý sa po ochladení kritickou rýchlosťou vytvorí v jadre materiálu. U veľmi tenkých skrutiek z nelegovanej ocele bude kritická teplota dosiahnutá aj v jadre. Problém je že martenzitové jadro nemožno dostatočne rýchlo ochladiť (dané tepelnou vodivosťou), preto je nutné pridať zliatinových prvkov: bór, mangán, chróm, nikel, molybdén, ktoré podporujú prekalenie a umožnia znížiť kritickú rýchlosť ochladenia. Výber správneho kalícího prostredia má vplyv na rýchlosť ochladenia na povrchu. Skrutky sú kalené hlavne v oleji (voda je síce efektívnejšia, ale môže spôsobiť deformáciu kalenej súčasti).

Popúšťanie

Oceľ zakalená na martenzitickú štruktúru má značné vnútorné pnutie a okrem toho, že má veľkútvrdosť je tiež veľmi krehká. V tomto stave je teda použiteľná len celkom výnimočne.
Aby sa znížilo vnútorné pnutie, a tým aj krehkosť (popr. získanie húževnatej štruktúry), je vhodnéoceľ po kalení popúšťať. Je to ohrev na určitú popúšťacej teplotu. Pre popúšťacej teplotu do 200 °C platí, že sa zníži nepatrne pevnosť avšak oveľa viac sa zníži krehkosť. Pri teplote nad 200 ° C dochádza k úplnému rozpadu martenzitu na ferit a cementitu vo veľmi jemnej forme. Táto štruktúra sa vyznačuje pevnosťou, vysokou odolnosťou a húževnatosťou.

Kombinované kalenie a popúšťanie

Prebieha za teplôt od 340 ° C do 650 ° C tak, že nasleduje kombinovane kalenie a popúšťanierýchlo za sebou, čo je jedno z obvykle najpoužívanejších tepelných spracovaní u spojovacíchmateriálov. Optimálnym výsledkom je dosiahnutie vysokej pevnosti v ťahu a dostatočné odolnosť (tuhosti), aby tým spojovací člen lepšie odolával vonkajším silám. Preto sú cestou kombinovanéhokalenie a popúšťanie tepelne upravované taky skrutky pevnosti 8.8, 10.9, a 12.9.

Povrchové tvrdenie

V predchádzajúcich spôsoboch tepelného spracovania išlo o to dosiahnuť zušľachtené ocele s veľkou pevnosťou a dobrou vrubovou húževnatosťou (vysoko namáhané konštrukčné súčasti).Alebo sme chceli získať vysokú tvrdosť pri pomerne nízkej húževnatosti (nástroje). Avšak vniektorých prípadoch, hlavne u konštrukčných súčastí vystavených treniu, požadujeme súčasnevysokú húževnatosť a vysokú povrchovú tvrdosť (viď. napr vruty). Chceme teda získať na povrchudobrú odolnosť proti opotrebovaniu av jadre súčasti veľkú odolnosť proti rázom.

Povrchové kalenie

Pre toto spracovanie sa hodia uhlíkové ocele s obsahom uhlíka medzi 0,45 až 0,60%, ktoré súkaliteľné už na značnú tvrdosť. Ocele s takýmto obsahom uhlíka sa vyznačujú vyhovujúcehúževnatosťou a pevnosťou jadra najmä v tých prípadoch, ak je súčasť pred povrchovým kalenímbuď normalizačne zapálením, alebo zušľachtená. Tzn., Že jadro súčasti, ktoré nie je ovplyvnenépovrchovým kalením, si podrží vlastnosti predchádzajúceho tepelného spracovania. Podľa spôsobuohrevu povrchovej vrstvy na austenizační teplotu rozoznávame povrchové kalenie:

  1. plameňom: (väčšinou používané kyslíkoacetylenové horáky, zakalená vrstva je> 2mm)
  2. indukčné: povrchová vrstva je ohrievaná prúdy stredné a vysoké frekvencie pomocouinduktoru (cievka o malom počte závitov z medenej trubky, ktorou preteká chladiaca voda. Ak prechádza induktorom striedavý prúd o určitej frekvencii, vznikajú indukciou striedavéhomagnetického poľa v súčasti vírivé prúdy o rovnakej frekvencii, ktorými sa súčasť zahrieva.Voľbou frekvencie možno ovplyvniť hĺbku prehriate vrstvy. Je používané pre špeciálne aplikácieväčšinou pre tvrdenie slabých miest.

Chemicko-tepelné spracovanie ocele

Zahŕňa rad spôsobov spracovania, pri ktorých sa sýti povrch ocelí rôznymi prvkami, aby sa dosiahlopožadovaných vlastností napr žiaruvzdornosti, koróziivzdornosť, odolnosť proti opotrebeniu atď

  1. Cementovánie: najpoužívanejší chem-tep. spôsob spracovania. Povrch predmetu z mäkkejocele (s obsahom uhlíka max 0,2%) je prin prevzdušňovanie uhlíkom v pevnom, kvapalnomalebo plynnom prostredí nad austenizační teplotu (iba austenit v sebe rozpúšťa uhlík) na obsahC 0,7 - až 0,9% . Zakalením tejto vrstvy sa dosiahne vysokej tvrdosti, pričom sa zachováhúževnatosť jadra. Nauhličená vrstva býva 0,5 až 1,5 mm hrubá.
  2. Nitridovánie: sýtenie povrchu ocele dusíkom, ktorý reaguje so železom a inými úmyselnepridávanými prvkami (hlavne Al a Cr). Vytvárajú sa tým tvrdé nitridy, ktoré spôsobujú značnézvýšenie tvrdosti. (prebieha pri teplote 500 až 600 ° C.
  3. Nitrocementovánie: je sýtenie povrchu uhlíkom a dusíkom súčasne v kyanidových soľnýchkúpeľoch pri teplotách 750 až 850 ° C, alebo v plynnej atmosfére s prísadou amoniaku pri teplotách 800 až 880 ° C. Čím je teplota uhlíka vyššia, tým bude vyššia nasýtenia uhlíkom anaopak. Potom sa súčasti kalí do oleja, čo znižuje pnutie.
Nahoru