Aby kovový obrobok mal požadovaný pracovný výkon, proces tepelného spracovania je často nevyhnutný. Proces tepelného spracovania vo všeobecnosti zahŕňa tri procesy: zahrievanie, uchovávanie tepla a chladenie. Vďaka rôznym procesom sa delí na kalenie, popúšťanie, normalizáciu a žíhanie. Poznáte rozdiel?
01
Čo je kalenie?
Kalenie ocele spočíva v zahriatí ocele na teplotu nad kritickou teplotou Ac3 (hypoeutektoidná oceľ) alebo Ac1 (hypereutektoidná oceľ), po určitú dobu ju udržiavať v teple, aby bola úplne alebo čiastočne austenitizovaná, a potom ju ochladiť pomocou rýchlosť chladenia vyššia ako kritická rýchlosť chladenia. Proces tepelného spracovania na rýchle a rýchle ochladenie pod Ms (alebo izotermické blízko Ms) na transformáciu martenzitu (alebo bainitu). Zvyčajne sa spracovanie tuhého roztoku hliníkovej zliatiny, zliatiny medi, titánovej zliatiny, tvrdeného skla a iných materiálov alebo proces tepelného spracovania s procesom rýchleho chladenia nazýva kalenie.
Účel tlmenia:
1) Zlepšiť mechanické vlastnosti kovových výrobkov alebo častí. Napríklad: zlepšenie tvrdosti a odolnosti nástrojov, ložísk a pod., zvýšenie limitu pružnosti pružín, zlepšenie komplexných mechanických vlastností častí hriadeľa atď.
2) Zlepšiť materiálové vlastnosti alebo chemické vlastnosti niektorých špeciálnych ocelí. Ako napríklad zlepšenie odolnosti nehrdzavejúcej ocele proti korózii, zvýšenie permanentného magnetizmu magnetickej ocele atď.
Pri kalení a chladení sú okrem rozumného výberu kaliaceho média potrebné aj správne metódy kalenia. Bežne používané spôsoby kalenia zahŕňajú hlavne kalenie jednou kvapalinou, kalenie v dvoch kvapalinách, stupňovité kalenie, izotermické kalenie a čiastočné kalenie.
Oceľové obrobky majú po kalení tieto vlastnosti:
① Získajú sa nevyvážené (tj nestabilné) štruktúry ako martenzit, bainit a zvyškový austenit.
② Existuje veľké vnútorné napätie.
③ Mechanické vlastnosti nemôžu spĺňať požiadavky. Preto musia byť oceľové obrobky vo všeobecnosti po kalení temperované.
02
Čo je temperovanie?
Temperovanie je proces tepelného spracovania, ktorý ohrieva ochladené kovové výrobky alebo časti na určitú teplotu a potom ich určitým spôsobom ochladzuje po určitom čase. Popúšťanie je operácia vykonávaná bezprostredne po kalení a je zvyčajne posledným tepelným spracovaním obrobku. Proces, preto sa spoločný proces kalenia a temperovania nazýva konečná úprava.
Hlavným účelom kalenia a temperovania je:
1) Znížte vnútorné napätie a znížte krehkosť. Kalené časti majú veľké napätie a krehkosť. Ak nie sú včas temperované, často sa deformujú alebo dokonca prasknú.
2) Upravte mechanické vlastnosti obrobku. Po kalení má obrobok vysokú tvrdosť a vysokú krehkosť. Aby sa splnili rôzne požiadavky na výkon rôznych obrobkov, môže sa upraviť temperovaním, tvrdosťou, pevnosťou, plasticitou a húževnatosťou.
3) Stabilná veľkosť obrobku. Metalografickú štruktúru je možné stabilizovať temperovaním, aby sa zabezpečilo, že počas budúceho používania nedôjde k žiadnej deformácii.
4) Zlepšite rezný výkon niektorých legovaných ocelí.
Úlohou temperovania je:
① Zlepšite stabilitu konštrukcie, aby obrobok už počas používania neprechádzal transformáciou tkaniva, takže geometrická veľkosť a výkon obrobku zostanú stabilné.
② Odstráňte vnútorné napätie s cieľom zlepšiť výkon obrobku a stabilizovať geometrické rozmery obrobku.
③ Upravte mechanické vlastnosti ocele tak, aby vyhovovali požiadavkám použitia.
Dôvodom, prečo má popúšťanie tieto účinky, je to, že keď teplota stúpa, zvyšuje sa aktivita atómov a atómy železa, uhlíka a iných legujúcich prvkov v oceli môžu rýchlo difundovať, aby došlo k preskupeniu atómov, čím sa stanú nestabilnými. Nevyvážená organizácia sa postupne transformuje na stabilnú vyváženú organizáciu. Uvoľnenie vnútorného napätia súvisí aj s poklesom pevnosti kovu pri zvyšovaní teploty. Vo všeobecnosti, keď sa oceľ popúšťa, tvrdosť a pevnosť klesá a plasticita sa zvyšuje. Čím vyššia je teplota popúšťania, tým väčšia je zmena týchto mechanických vlastností. Niektoré legované ocele s vysokým obsahom legujúcich prvkov budú pri popúšťaní v určitom teplotnom rozsahu vyzrážať niektoré jemnozrnné zlúčeniny kovov, čo zvýši pevnosť a tvrdosť. Tento jav sa nazýva sekundárne vytvrdzovanie.
Požiadavky na temperovanie: obrobky s rôznym použitím by mali byť temperované pri rôznych teplotách, aby sa splnili požiadavky pri používaní.
① Rezné nástroje, ložiská, nauhličované a kalené časti a povrchovo kalené časti sú zvyčajne temperované pri teplote nižšej ako 250 stupňov. Po nízkoteplotnom popúšťaní sa tvrdosť veľmi nemení, vnútorné pnutie klesá, húževnatosť sa mierne zlepšuje.
② Pružina je temperovaná pri strednej teplote na 350-500 stupeň, aby sa získala vysoká elasticita a potrebná húževnatosť.
③ Časti vyrobené zo stredne uhlíkovej konštrukčnej ocele sa zvyčajne popúšťajú pri vysokej teplote 500-600 stupňov C, aby sa získala dobrá kombinácia pevnosti a húževnatosti.
Keď sa oceľ popúšťa pri teplote okolo 300 stupňov, jej krehkosť sa často zvyšuje. Tento jav sa nazýva prvý typ popúšťacej krehkosti. Vo všeobecnosti by sa nemal temperovať v tomto teplotnom rozsahu. Niektoré stredne uhlíkové zliatinové konštrukčné ocele sú tiež náchylné na skrehnutie, ak sa po vysokoteplotnom temperovaní pomaly ochladzujú na izbovú teplotu. Tento jav sa nazýva druhý typ popúšťacej krehkosti. Pridanie molybdénu do ocele alebo ochladzovanie v oleji alebo vode počas popúšťania môže zabrániť druhému typu popúšťacej krehkosti. Táto krehkosť môže byť eliminovaná opätovným zahriatím druhého typu popúšťacej krehkej ocele na pôvodnú popúšťaciu teplotu.
Vo výrobe sa často vychádza z požiadaviek na výkon obrobku. Podľa rôznych teplôt ohrevu sa temperovanie delí na nízkoteplotné temperovanie, stredne teplotné temperovanie a vysokoteplotné temperovanie. Proces tepelného spracovania, ktorý kombinuje kalenie a následné vysokoteplotné popúšťanie, sa nazýva kalenie a popúšťanie, to znamená, že má dobrú plasticitu a húževnatosť pri vysokej pevnosti.
1) Nízkoteplotné temperovanie: 150-250 stupeň, M-krát, znižuje vnútorné napätie a krehkosť, zlepšuje húževnatosť plastov, má vyššiu tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu. Používa sa na výrobu meracích nástrojov, nožov a valivých ložísk atď.
2) Temperovanie pri strednej teplote: 350-500 stupeň, T čas, s vysokou elasticitou, určitou plasticitou a tvrdosťou. Používa sa na výrobu pružín, kovacích zápustiek atď.
3) Popúšťanie pri vysokej teplote: 500-650 stupeň, popúšťanie S, s dobrými komplexnými mechanickými vlastnosťami. Používa sa na výrobu ozubených kolies, kľukových hriadeľov atď.
03
Čo je normalizácia?
Normalizácia je tepelné spracovanie, ktoré zlepšuje húževnatosť ocele. Potom, čo sa oceľový prvok zahreje na 30-50 stupeň nad teplotu Ac3, sa určitý čas udržiava a potom sa ochladí vzduchom. Hlavnou črtou je, že rýchlosť chladenia je rýchlejšia ako žíhanie a nižšia ako kalenie. Počas normalizácie môžu byť kryštálové zrná ocele zjemnené pri mierne rýchlejšom chladení, nielenže môžu získať uspokojivú pevnosť, ale môžu tiež výrazne zlepšiť húževnatosť (hodnota AKV), znížiť tendenciu k praskaniu komponentov. Po normalizácii niektorých nízkolegovaných oceľových plechov, výkovkov a odliatkov z nízkolegovanej ocele je možné výrazne zlepšiť komplexné mechanické vlastnosti materiálu a zlepšiť rezný výkon.
Normalizácia má nasledujúce účely a použitia:
① Pre hypoeutektoidnú oceľ sa normalizácia používa na odstránenie prehriatej hrubozrnnej štruktúry a Widmanstattenovej štruktúry odliatkov, výkovkov a zvarencov a pásikovej štruktúry vo valcovaných materiáloch; rafinovať zrná; a môže sa použiť ako predhriatie pred kalením.
② Pre hypereutektoidnú oceľ môže normalizácia eliminovať retikulárny sekundárny cementit a zušľachťovať perlit, čo nielen zlepšuje mechanické vlastnosti, ale tiež uľahčuje následné sféroidizačné žíhanie.
③ V prípade tenkých oceľových plechov s nízkym obsahom uhlíka môže normalizácia eliminovať voľný cementit na hraniciach zŕn, aby sa zlepšili ich vlastnosti pri hlbokom ťahaní.
④ Pre nízkouhlíkovú oceľ a nízkouhlíkovú nízkolegovanú oceľ použite normalizáciu, aby ste získali jemnejšiu vločkovitú perlitovú štruktúru, zvýšili tvrdosť na HB140-190, vyhli sa javu „lepiaceho sa noža“ počas rezania a zlepšili obrobiteľnosť . Pre stredne uhlíkovú oceľ, keď je možné použiť normalizáciu aj žíhanie, je hospodárnejšie a pohodlnejšie použiť normalizáciu.
⑤ Pre bežnú stredne uhlíkovú konštrukčnú oceľ je možné namiesto kalenia a vysokoteplotného popúšťania použiť normalizáciu, keď mechanické vlastnosti nie sú vysoké, čo sa nielen ľahko ovláda, ale tiež stabilizuje štruktúru a veľkosť ocele.
⑥ Normalizácia pri vysokej teplote (150-200 stupeň nad Ac3) môže znížiť segregáciu zloženia odliatkov a výkovkov v dôsledku vysokej rýchlosti difúzie pri vysokej teplote. Hrubé zrná po normalizácii pri vysokej teplote možno zjemniť následnou normalizáciou pri druhej nižšej teplote.
⑦ Pre niektoré nízko a stredne uhlíkové legované ocele používané v parných turbínach a kotloch sa normalizácia často používa na získanie bainitovej štruktúry a potom sa temperuje pri vysokej teplote. Má dobrú odolnosť proti tečeniu pri použití pri 400-550 stupňoch .
⑧ Okrem oceľových dielov a oceľových výrobkov sa normalizácia široko používa aj pri tepelnom spracovaní tvárnej liatiny na získanie perlitovej matrice a zlepšenie pevnosti tvárnej liatiny.
Keďže normalizácia je charakterizovaná chladením vzduchom, okolitá teplota, spôsob stohovania, prúdenie vzduchu a veľkosť obrobku majú vplyv na štruktúru a výkon po normalizácii. Normalizovanú štruktúru možno použiť aj ako metódu klasifikácie legovanej ocele. Vo všeobecnosti sa legované ocele delia na perlitovú oceľ, bainitovú oceľ, martenzitickú oceľ a austenitickú oceľ podľa mikroštruktúry získanej zahrievaním vzorky s priemerom 25 mm na 900 stupňov a chladením vzduchom.
04
Čo je to žíhanie?
Žíhanie je proces tepelného spracovania kovu, pri ktorom sa kov pomaly zahrieva na určitú teplotu, udržiava sa dostatočne dlho a potom sa vhodnou rýchlosťou ochladí. Tepelné spracovanie žíhaním sa delí na úplné žíhanie, neúplné žíhanie a žíhanie na odľahčenie napätia. Mechanické vlastnosti žíhaných materiálov možno zistiť skúškou ťahom alebo skúškou tvrdosti. Mnohé výrobky z ocele sú dodávané v stave žíhania a tepelného spracovania. Rockwellov tvrdomer možno použiť na testovanie tvrdosti ocele. Pre tenšie oceľové dosky, oceľové pásy a tenkostenné oceľové rúry možno na testovanie tvrdosti HRT použiť povrchové tvrdomery Rockwell. .
Účelom žíhania je:
① Zlepšite alebo odstráňte rôzne štrukturálne chyby a zvyškové napätia spôsobené odlievaním ocele, kovaním, valcovaním a zváraním a zabráňte deformácii a praskaniu obrobkov.
② Zmäknite obrobok na rezanie.
③ Zjemnenie zŕn a zlepšenie štruktúry na zlepšenie mechanických vlastností obrobku.
④ Vykonajte organizačné prípravy na konečné tepelné spracovanie (kalenie, temperovanie).
Bežne používané procesy žíhania sú:
① Úplne žíhané. Používa sa na zušľachťovanie hrubej prehriatej štruktúry so zlými mechanickými vlastnosťami po odlievaní, kovaní a zváraní stredne a nízkouhlíkovej ocele. Zahrejte obrobok o 30-50 stupňov nad teplotu, pri ktorej sa ferit úplne premení na austenit, udržujte ho určitý čas teplý a potom pomaly ochlaďte v peci. Počas procesu ochladzovania sa austenit opäť transformuje, aby sa oceľová konštrukcia stenčila.
② Sferoidizačné žíhanie. Používa sa na zníženie vysokej tvrdosti nástrojovej ocele a ložiskovej ocele po kovaní. Obrobok sa zahreje o 20-40 stupňov nad teplotu, pri ktorej oceľ začína vytvárať austenit, a potom sa po tepelnej konzervácii pomaly ochladí. Počas procesu chladenia sa lamelárny cementit v perlite stáva sférickým, čím sa znižuje tvrdosť.
③ Izotermické žíhanie. Používa sa na zníženie vysokej tvrdosti niektorých legovaných konštrukčných ocelí s vysokým obsahom niklu a chrómu na rezanie. Vo všeobecnosti sa najskôr ochladí na najnestabilnejšiu teplotu austenitu vyššou rýchlosťou a austenit sa premení na troostit alebo sorbit na vhodnú dobu a tvrdosť sa môže znížiť.
④ Rekryštalizačné žíhanie. Používa sa na elimináciu javu kalenia (zvýšenie tvrdosti a zníženie plasticity) kovového drôtu a tenkého plechu v procese ťahania za studena a valcovania za studena. Teplota ohrevu je vo všeobecnosti o 50-150 stupeň nižšia ako teplota, pri ktorej oceľ začína vytvárať austenit. Len tak sa dá eliminovať efekt vytvrdzovania a kov zmäkčiť.
⑤ Grafitizačné žíhanie. Používa sa na premenu liatiny obsahujúcej veľké množstvo cementitu na temperovanú liatinu s dobrou plasticitou. Procesná operácia spočíva v zahriatí odliatku na približne 950 stupňov, udržiavaní ho v teple po určitú dobu a následného správneho ochladenia, aby sa cementit rozložil a vytvorila sa skupina vločkovitého grafitu.
⑥ Difúzne žíhanie. Používa sa na homogenizáciu chemického zloženia zliatinových odliatkov a zlepšenie ich výkonu. Metóda spočíva v zahriatí odliatku na najvyššiu možnú teplotu bez tavenia a udržiavaní tepla po dlhú dobu a následného pomalého ochladzovania, keď sa difúzia rôznych prvkov v zliatine rovnomerne rozloží.
⑦ Žíhanie na zmiernenie stresu. Používa sa na odstránenie vnútorného pnutia oceľových odliatkov a zvarencov. V prípade výrobkov zo železa a ocele zahriatych na 100-200 stupeň pod teplotou, pri ktorej sa začína vytvárať austenit, môže ochladzovanie na vzduchu po tepelnej konzervácii eliminovať vnútorné napätie
