Tepelné zpracování: kalení, popouštění, normalizace, žíhání – Spetsrusmetiz – speciální spojovací materiál a kování vlastní výroby

Kovové výrobky, používané v jakémkoli odvětví ekonomiky musí splňovat požadavky na odolnost proti opotřebení. K tomuto účelu se používá vystavení vysokým teplotám, v důsledku čehož se zlepší požadované výkonnostní vlastnosti. Tento proces se nazývá tepelné zpracování.

Tepelné zpracování je komplex operací ohřevu, chlazení a udržování kovových tvrdých slitin k získání potřebných vlastností vlivem změn struktury a vnitřní struktury. Tepelné zpracování se používá jako mezioperační operace za účelem zlepšení obrobitelnosti řezáním, tlakem, nebo jako finální operace technologického procesu, která zajišťuje požadovanou úroveň vlastností součásti.

Odedávna se používaly různé způsoby kalení: řemeslníci ponořili nahřátý kovový pás do vína, oleje nebo vody. K chlazení používali kováři někdy docela zajímavé metody, například nasedli na koně a závodili, přičemž produkt chladili na vzduchu.

V závislosti na způsobu provedení může být tepelné zpracování následujících typů:

-Tepelné (normalizace, kalení, popouštění, žíhání, stárnutí, kryogenní úprava).

-Termomechanické. Zahrnuje zpracování při vysokých teplotách v kombinaci s mechanickým namáháním slitiny.

-Chemicko-tepelné. Jedná se o tepelné zpracování kovu s následným obohacením povrchu výrobku chemickými prvky (uhlík, dusík, chrom atd.).

Hlavní typy tepelného zpracování:

1. Kalení. Jde o druh tepelného zpracování různých materiálů (kovy, sklo), spočívající v jejich zahřátí nad kritickou teplotu s rychlým následným ochlazením. Provádí se za účelem získání nerovnovážných struktur se zvýšenou rychlostí ochlazování. Kalení může být buď s polymorfní transformací, nebo bez polymorfní transformace.

2. Prázdniny je technologický proces, jehož podstatou je tepelné zpracování kovu nebo slitiny tvrzené na martenzit, přičemž hlavními procesy jsou rozklad martenzitu, rekrystalizace a polygonizace. Provádí se s cílem uvolnit vnitřní pnutí a dodat materiálu potřebné provozní a mechanické vlastnosti.

3. Normalizace. V tomto případě se produkt zahřeje do austenitického stavu a poté se ochladí v klidném vzduchu. V důsledku normalizace se sníží vnitřní pnutí a ocel rekrystalizuje. Ve srovnání s žíháním je normalizace kratší a produktivnější proces.

4. Žíhání. Jedná se o operaci tepelného zpracování sestávající z ohřevu oceli, jejího udržování na dané teplotě a následného pomalého ochlazování spolu s pecí. V důsledku žíhání se vytvoří stabilní struktura bez zbytkových pnutí. Žíhání je jednou z nejdůležitějších operací hromadného tepelného zpracování oceli.

1) Snížení tvrdosti a zvýšení tažnosti pro usnadnění řezání kovů;

2) Snížení vnitřního pnutí vznikajícího po tlakové úpravě (kování, lisování), obrábění atd.;

3) Odstranění křehkosti a zvýšení odolnosti proti nárazu;

4) Eliminace strukturní heterogenity ve složení materiálu, ke které dochází při tuhnutí odlitku v důsledku segregace.

Pro neželezné slitiny (hliník, měď, titan) je také široce používáno tepelné zpracování. Neželezné slitiny podléhají jak změkčujícímu, tak zpevňovacímu tepelnému zpracování v závislosti na požadovaných vlastnostech a rozsahu použití.

Tepelné zpracování kovů a slitin je hlavním technologickým procesem v metalurgii železa a neželezných kovů. V současné době mají techničtí specialisté k dispozici mnoho metod tepelného zpracování, které jim umožňují dosáhnout požadovaných vlastností každého typu zpracovávaných slitin. Každý kov má svou vlastní kritickou teplotu, což znamená, že tepelné zpracování musí být provedeno s ohledem na strukturní a fyzikálně-chemické vlastnosti látky. V konečném důsledku to umožní nejen dosáhnout požadovaných výsledků, ale také výrazně zefektivnit výrobní procesy.

Popouštění oceli je proces, při kterém se ocelové polotovary ohřívají na danou teplotu a následně ochlazují, což umožňuje odstranit vnitřní pnutí, která mají negativní dopad na kvalitu kovu.

Z tohoto materiálu se dozvíte:

• Obecný popis procesu
• Výhody dovolené
• Kdy se dovolená využívá?
• Druhy zušlechťování oceli
• Zpracování nástrojových slitin
• Druhy popouštěcí křehkosti
• Proces dovolené
• Sváteční barva
• Je možné temperovat ocel doma?

Obecný popis procesu

Popouštění oceli se zpravidla používá jako tepelné zpracování kalených výrobků nebo umožňuje zahřátí obrobků na stanovené hodnoty. V kombinaci s chlazením v určitém režimu tento postup eliminuje vnitřní pnutí, které často vzniká v kovu při kalení a další typy tepelných účinků.

Proces zahrnuje několik po sobě jdoucích kroků:

• zahřívání kovu na teplotu, při které začínají fázové přeměny;
• držení po stanovenou dobu;
• chlazení v požadovaném režimu.

Toto tepelné zpracování umožňuje dodat ocelové slitině potřebné vlastnosti a zbavuje produkt vnitřních pnutí. Účinnost procesu závisí na režimu – čím nižší teplota a rychlejší chlazení, tím méně výrazný bude pozitivní efekt temperování.

Při výběru rychlosti chlazení hraje určující roli chemické složení kovu a požadované vlastnosti hotových výrobků:

• temperování při teplotách od +550 do +650 °C s následným intenzivním chlazením zadržuje zbytková tlaková napětí v povrchových vrstvách kovu, čímž zvyšuje mez odolnosti;
• uvolnění součástí se složitou geometrií při vysokých teplotách s následným pomalým ochlazováním zabraňuje vzniku tepelných deformací;
• legované ocelové legované obrobky, které jsou náchylné k popouštěcí křehkosti, vyžadují po popouštění při teplotách od +550 do 650°C urychlené ochlazení.

Kalení oceli v závislosti na teplotě, na kterou dochází k ohřevu, může být vysoké, střední nebo nízké.

Výhody dovolené

• Zvýšená tažnost a pružnost.
• Snížená křehkost.
• Korekce přebytečné tvrdosti na požadované hodnoty.
• Zvýšená pevnost oceli v důsledku zlepšené krystalické struktury.
• Minimalizuje vnitřní napětí zbývající z předchozího tepelného zpracování, což zabraňuje vodíkovému křehnutí.
• Zvýšená odolnost proti opotřebení jak v povrchových vrstvách, tak v jádru obrobků.
• Zvýšená obrobitelnost a tvarovatelnost usnadňující následné zpracování.
• Zvýšení viskozity.
• Vyšší rychlost zpracování (ve srovnání s žíháním).

Kdy se dovolená využívá?

Popouštění obvykle dokončuje kalení, při kterém se kov zahřeje na teplotu nad horní kritickou teplotou a poté se rychle ochladí.

Po tomto postupu ocel ztvrdne a zkřehne (často jako sklo). Zpravidla je žádoucí první vlastnost, ale druhá vlastnost musí být z kovu odstraněna.

Ke snížení křehkosti se uchylují k opakovanému, méně intenzivnímu ohřevu kovu a následnému ochlazování (nyní pomaleji než při kalení), čímž dosahují optimálního poměru tvrdosti a tažnosti.

Největšího účinku se dosáhne při popouštění, pokud se provádí bezprostředně po kalení. V důsledku toho je kov do značné míry zbaven křehkosti získané během předchozího tepelného zpracování.

Je důležité mít na paměti, že jakékoli porušení režimu tepelného zpracování, včetně temperování, může způsobit poškození, deformaci nebo deformaci zpracovávaných dílů.

Popouštění se často používá, pokud je kalení vedlejším účinkem jiných operací, jako je svařování, ohýbání, vrtání, tváření, lisování nebo válcování.

Druhy zušlechťování oceli

Nejdůležitějším faktorem při temperování oceli je intenzita ohřevu. Jak bylo uvedeno výše, v závislosti na teplotě může být popouštění oceli vysoké, střední nebo nízké.

Nejaktivnější rekrystalizace kovu lze dosáhnout při zahřátí na vysokou teplotu, což znamená, že první z uvedených možností tepelného zpracování je optimální. Praktické přínosy středně a nízkoteplotních metod se objevují v určitých případech, které podrobněji probereme níže a zvážíme je samostatně.

vysoký

Vysokému popouštění se začalo říkat zpracování při teplotách od +500 do +700°C. Účinnost této metody je nejvyšší díky polygonizaci a rekrystalizaci kovu, což umožňuje jeho maximální osvobození od vnitřního pnutí. Proces trvá 2 až 3 hodiny, a pokud mluvíme o složitých strukturách, doba zpracování může dosáhnout 6 hodin.

průměrný

Střední popouštění oceli je doprovázeno aktivní difúzí a uvolňováním přebytečných atomů uhlíku. Během tohoto procesu nedochází k polygonizaci ani rekrystalizaci. Středněteplotní úprava umožňuje zvýšit elasticitu a odolnost oceli vůči relaxaci. Kov se zahřívá na teploty od +350 do +500°C. Doba expozice je od 2 do 4 hodin. Chlazení se provádí v oleji nebo vodě.

Metoda se používá pro zpracování dílů z vysokopevnostních ocelových slitin se složitou geometrií – listové pružiny, pružiny, rázové konstrukce. Praktické použití této technologie je však omezené kvůli řadě funkcí:

• S takzvaným ostrovem křehkosti prvního druhu odborníci spojují teploty v rozmezí od +250 do +300°C. A teplota, při které nastává ostrůvek křehkosti druhého řádu, je +500°C. V souladu s tím je průměrné temperování komplikováno potřebou dodržovat režim ohřevu, který umožňuje vyhnout se hodnotám, při kterých, jak odborníci již dlouho zjistili, kvalita kovu kriticky klesá. I malé odchylky v teplotě popouštění (jak nahoru tak dolů) s sebou nesou riziko nenapravitelných následků.
• Tato metoda je horší než alternativní technologie (vysoké a nízké temperování). Použití slabých pecí navíc nezajistí ohřev pracovního média na stanovenou teplotu a silné se zahřejí výrazněji, což výrazně komplikuje a omezuje praktické využití středního popouštění pro tepelné zpracování obrobků ze slitin oceli.

nízký

Za nízké popouštění se považuje způsob zpracování ocelových polotovarů a výrobků při teplotách od +100 do + 250°C s dobou výdrže 1 až 3 hodiny (doporučená doba výdrže závisí na velikosti a konfiguraci dílů). Nízkoteplotní úprava aktivuje difúzi mikročástic složek obsahujících uhlík, která není doprovázena polygonizací a rekrystalizací molekulární mřížky. Toto tepelné zpracování vede ke zlepšení fyzikálních vlastností ocelové slitiny – pevnosti, tažnosti, tvrdosti a chemické inertnosti.

Technologie s nízkým uvolňováním je považována za univerzální. V praxi se však používá především pro tepelné zpracování výrobků z nízkolegované a vysoce uhlíkové oceli – čepele nožů, nádobí a díly s jednoduchou geometrií.

Při zpracování je důležité zajistit, aby se kov nezahřál na teplotu vyšší než +250°C, jinak se můžete dostat na ostrůvek křehkosti prvního typu a čelit kritickému snížení kvality zpracovávaného materiálu.

Zpracování nástrojových slitin

Technologie vysokého, středního a nízkého popouštění jsou použitelné pouze pro zpracování obrobků z ocelových slitin, jejichž obsah uhlíku nepřesahuje 0,7 %. Takzvané nástrojové oceli obsahující vysoké koncentrace uhlíku se obvykle zpracovávají jinými metodami:

• Slitiny rychlořezné nástrojové oceli s přídavkem molybdenu, kobaltu, wolframu a vanadu, žáruvzdorné prvky, které si zachovávají své fyzikální a chemické vlastnosti, když se kov zahřívá pro temperování, nepodléhají popouštění. Odborníci doporučují, aby výrobky vyrobené z těchto druhů oceli byly podrobeny vícestupňovému kalení. Při zpracování dochází k postupnému nárůstu teploty na +800, +1050 a +1200 °C s následným prudkým ochlazením dílů v oleji.
• Konvenční nástrojové slitiny procházejí dvoustupňovým tepelným zpracováním. V první fázi se obrobek ochladí v roztavené soli při teplotě od +450 do +500 °C. Dále se výrobky podrobí dvojitému temperování při teplotě od +550 do +600°C (ne déle než 60 minut). Je třeba mít na paměti, že ohřev typů nástrojových ocelí nevede k popouštěcí křehkosti druhého typu.

Druhy popouštěcí křehkosti

Zpravidla platí, že čím vyšší je teplota popouštění oceli, tím účinněji tepelné zpracování zbavuje kov vnitřního pnutí. V některých případech však může zahřívání zhoršit vlastnosti ocelových slitin. Existuje křehkost při vysokých a nízkých teplotách. Díky vývoji vědců moderní metalurgie využívá efektivní technologie, které tento problém eliminují.

Křehkost I. typu – nízká teplota

Tato křehkost, charakteristická pro všechny druhy ocelových slitin, je důsledkem dlouhodobého ohřevu oceli na teploty od +250 do +350°C a nezávisí na rychlosti ochlazování. K tomuto jevu dochází v důsledku aktivní, ale nerovnoměrné difúze atomů uhlíku v molekulární mřížce kovu. V důsledku toho dochází k deformaci krystalové mřížky oceli, což vede k výraznému zvýšení křehkosti.

Proces výskytu popouštěcí křehkosti prvního typu je nevratný a vede k prudkému poklesu výkonnostních charakteristik kovu. V tomto případě lze situaci napravit pouze přetavením výrobků. S tímto problémem mohou bojovat speciálně vyvinuté technologie – středně nebo nízkoteplotní popouštění oceli.

Obrobky by neměly dosáhnout střední teploty. Termomechanické zpracování při vysoké teplotě může výrazně snížit tendenci kovu vyvíjet nízkoteplotní popouštěcí křehkost.

Popouštěcí křehkost typu II – vysoká teplota

Křehkost při vysoké teplotě je důsledkem shody tří podmínek:

• zahřátí kovu na teploty nad +500 °C;
• přítomnost přísad chrómu, manganu a niklu ve slitině ve vysokých procentech;
• pomalé chlazení.

Když se tyto tři faktory zkombinují, krystalová mřížka kovu je deformována, protože uhlík, chrom, mangan a nikl jsou v ní rozloženy nerovnoměrně. Popouštěcí křehkost druhého typu je zvýšena držením obrobků po dobu 8 až 10 hodin v nebezpečném rozsahu teplot. Tento problém odhaluje výhradně leptání řezů pomocí povrchově aktivních činidel, která odhalují hranice zrn austenitu, podél kterých materiál praská.

Tento problém lze efektivně vyřešit pomocí jedné ze dvou metod vyvinutých technology. Podstatou prvního je opětovné zahřátí výrobků v oleji při prvních známkách křehkosti druhého typu s následným rychlým ochlazením. Tohoto nepříjemného jevu se můžete zbavit i zavedením legujících přísad do slitiny: wolframu (asi 1 %) nebo molybdenu (0,3 až 0,4 %).

Proces dovolené

Popouštění oceli, stejně jako jiné typy tepelného zpracování, se provádí ve třech fázích:

Topení

Obrobky musí být po určitou dobu přísně ohřívány na danou teplotu. Při příliš rychlém zahřátí může ocel prasknout. Volba teploty závisí na jakosti oceli a na změnách, kterým musí podstoupit vlastnosti kovu obrobku. Například temperování nástrojových typů oceli vyžaduje mnohem nižší teplotu, než vyžadují pružinové oceli.

K zahřívání kovu obvykle dochází v pecích (plynových, elektrických nebo indukčních) ve vakuu nebo atmosféře inertních plynů, což zabraňuje oxidaci.

Některé druhy ocelových slitin se kalí v nádobách s fyziologickým roztokem nebo na vzduchu. Volba atmosféry mimo jiné určuje kvalitu povrchu hotových výrobků.

Expozice

Když je ocel zahřátá na stanovené hodnoty, musí být na této teplotě po určitou dobu udržována. Doba ohřevu závisí na fyzikálních a chemických vlastnostech kovu, velikosti a konfiguraci produktů a požadovaných charakteristikách.

Teplota popouštění a doba výdrže ovlivňují mechanické vlastnosti kovu – jejich zvýšení vede ke zvýšení tažnosti a houževnatosti oceli. Příliš mnoho tepla však může způsobit snížení pevnosti v tahu.

Tvrdost oceli je ovlivněna přítomností různých fázových stavů kovu – martenzitu, konzervovaného austenitu a grafitových nodulů. Čím déle jsou obrobky udržovány při dané teplotě, tím méně je martenzitická fáze a tím více se zadržuje austenit, což činí kov méně tvrdým.

Chlazení

Charakteristiky oceli po popouštění jsou do značné míry určeny správným chlazením. Tato fáze není o nic méně důležitá než ostatní. Při chlazení je důležité dodržovat doporučený režim.

Při volbě rychlosti a způsobu chlazení kovu je nutné vzít v úvahu chemické a fyzikální vlastnosti slitiny, rozměry, konfiguraci dílů, požadované výkonové charakteristiky atd.

Sváteční barva

Film oxidů, který pokrývá kov při zahřátí, natírá jeho povrch do různých odstínů – tzv. matných (temperovacích) barev, které umožňují posoudit teplotu ohřevu obrobků.

Barevná škála zahrnuje různé barvy: od světle žluté po tmavě modrou. Níže uvedená stupnice může být použita pro hrubý odhad teploty popouštění:

Je třeba si uvědomit, že barva kovu nemusí vždy přesně odpovídat teplotě ohřevu. Odstín může být ovlivněn přítomností a množstvím legujících přísad, chemickým složením atmosféry, mechanickou povrchovou úpravou a dobou expozice. Protože slitiny odolné proti korozi jsou méně náchylné k oxidaci, budou určité matné barvy odpovídat vyšším teplotám než jiné typy oceli.

Tuto tabulku proto nelze použít jako pomůcku pro přesné určení teploty popouštění. Zakalené barvy lze použít pouze jako hrubé vodítko.

Je možné temperovat ocel doma?

Tepelné zpracování čepelí nožů, kovového nádobí, automobilových dílů a dalších často používaných domácích předmětů se často provádí v domácí dílně. Je důležité pochopit, že domácí metalurgie má určitá omezení. Podívejme se podrobněji na potíže, které mohou nastat při výrobě oceli vlastníma rukama:

• Pece pro domácnost zpravidla neumožňují zahřátí obrobků na vysokou teplotu, což znamená, že v domácí dílně byste se měli omezit na nízko nebo středněteplotní temperování oceli.
• Látky (oleje, alkálie atd.) potřebné pro tepelné zpracování jako ochranné médium mají teplotní charakteristiky. Například ledek, který se často používá při výdeji, je výbušný.
• Pokud se při temperování oceli nepoužívají speciální média, může to vést ke kritickému a nevratnému snížení kvality kovu. Jde o rychlé ochlazení oceli, které může zvýšit její křehkost, což vede k deformaci, deformaci a rezivění.
• Nízkoteplotní křehkost prvního typu, ke které dochází při teplotách od +250 do +300°C, se také stává vážným problémem při domácím temperování oceli. Nedodržení správných teplotních podmínek často způsobuje praskání a dokonce zničení výrobků.

Popouštění se tedy začalo nazývat proces, který zahrnuje ohřev obrobků na danou teplotu a jejich následné pomalé (nebo postupné) ochlazování pomocí ochranných médií. V důsledku tohoto zpracování se zvyšuje pevnost kovu, normalizuje se tažnost a zlepšují se fyzikální a chemické vlastnosti. Optimální možností je vysoké popouštění, které kromě difúze atomů uhlíku vede k polygonizaci a rekrystalizaci materiálu.

Proč byste nás měli kontaktovat?

Ke všem klientům přistupujeme s respektem a plníme úkoly jakékoli velikosti stejně pečlivě.

Naše výrobní zařízení nám umožňuje zpracovávat různé materiály:

• neželezné kovy;
• litina;
• nerezová ocel.

Při kompletaci zakázky naši specialisté využívají všechny známé způsoby obrábění kovů. Moderní vybavení nejnovější generace umožňuje dosáhnout maximální shody s původními výkresy.

Aby se obrobek přiblížil náčrtu předloženém zákazníkem, naši specialisté používají univerzální zařízení určené pro šperkařské ostření nástrojů pro zvláště složité operace. V našich výrobních dílnách se kov stává plastovým materiálem, ze kterého lze vyrobit jakýkoli obrobek.

Výhodou kontaktování našich specialistů je jejich soulad s GOST a všemi technologickými normami. V každé fázi práce je prováděna přísná kontrola kvality, takže našim zákazníkům garantujeme svědomitě dokončený produkt.

Díky zkušenostem našich řemeslníků je výstupem příkladný výrobek splňující ty nejnáročnější požadavky. Zároveň vycházíme ze silné materiálové základny a zaměřujeme se na inovativní technologický vývoj.

Spolupracujeme se zákazníky ze všech regionů Ruska. Pokud chcete zadat zakázku na zpracování kovů, naši manažeři jsou připraveni vyslechnout všechny podmínky. V případě potřeby je klientovi zdarma poskytnuta odborná konzultace.

Vedoucí obchodního oddělení