Využití tepelného zpracování oceli: hlavní typy, klady a zápory

Anonim
Tepelné zpracování kovů je důležitou součástí výrobního procesu v neželezných a železných metalurgiích. Po tomto postupu získají materiály potřebné vlastnosti. Tepelné zpracování bylo používáno po dlouhou dobu, ale bylo nedokonalé. Moderní metody umožňují dosáhnout lepších výsledků s nižšími náklady a snížením nákladů.

Představuje tepelné zpracování

Aby se dosáhlo požadovaných vlastností kovové části, podrobí se tepelnému zpracování. Během tohoto procesu dochází ke strukturální změně materiálu .

Kovové výrobky používané v domácnosti musí být odolné vůči vnějším vlivům. Aby toho bylo dosaženo, musí být kov vyztužen vysokou teplotou. Takové zpracování mění tvar krystalové mřížky, minimalizuje vnitřní napětí a zlepšuje jeho vlastnosti.

Druhy tepelného zpracování oceli

Tepelné zpracování oceli je redukováno na tři stupně: vytápění, přidržování a rychlé chlazení. Existuje několik typů tohoto procesu, ale jejich hlavní fáze zůstávají stejné.

Rozlišují se tyto typy tepelného zpracování:

  • Technické (popouštění, kalení, kryogenní zpracování, stárnutí).
  • Termomechanické, ve kterém se používá nejen vysoká teplota, ale také fyzikální účinky na kov.
  • Chemicko-tepelné zahrnuje tepelné zpracování kovu s následným vystavením povrchu dusíku, chrómu nebo uhlíku.

Žíhání

Jedná se o výrobní proces ohřevu kovu na předem stanovenou teplotu a pak pomalé chlazení, ke kterému dochází přirozeně. Výsledkem tohoto postupu je odstranění heterogenity kovu, snížení vnitřního napětí a snížení tvrdosti slitiny, což značně usnadňuje jeho zpracování. Existují dva typy žíhání: první a druhý druh.

Během žíhání prvního druhu se fázový stav slitiny mírně mění. Má odrůdy:

  • Homogenizovaná - teplota je 1100 - 1200 ° C, kov je v těchto podmínkách od 7 do 14 hodin.
  • Rekrystalizace - teplota žíhání 100 - 200 ° C, tento postup se používá pro nýtované oceli.

Při žíhání druhého druhu dochází ke změně fáze v kovu. Proces má několik typů:

  • Plné žíhání - kov se zahřívá o 25–40 ° C nad kritickou hodnotu pro tento materiál a je chlazen speciální rychlostí.
  • Nekompletní - slitina se ohřívá na kritický bod a chladí po dlouhou dobu.
  • Difuzně - žíhání se provádí při teplotě 1100 - 1200 ° C.
  • Izotermické - ohřívání kovu probíhá jako u úplného žíhání, ale chlazení pod kritickou teplotou, chlazení na čerstvém vzduchu.
  • Normalizovaný - kov je plně žíhaný a chlazený na vzduchu.

Kalení

Jedná se o proces manipulace s kovem pro dosažení martenzitické transformace, která zajišťuje zvýšenou pevnost a sníženou tažnost výrobku. Během kalení se slitina zahřívá na kritickou hodnotu, jako při žíhání, ale proces chlazení se provádí mnohem rychleji a pro tento účel se používá lázně s kapalinou. Existuje několik typů kalení:

  • Kalení v jedné tekutině, pro malé části použijte olej a pro velké části - vodu.
  • Přerušované kalení - snížení teploty probíhá ve dvou stupních: rychlé ochlazení na teplotu 300 ° C, za použití vody, a pak se produkt umístí do oleje nebo na čerstvý vzduch.
  • Stupňovitý - když kov dosáhne požadované teploty, je chlazen v roztavených solích a poté na volném prostranství.
  • Izotermická - podobná rychlosti, se liší dobou expozice.
  • Zchlazování se samo-popouštěním, slitina není plně chlazená, takže uprostřed je teplá oblast. Výsledkem je zvýšená pevnost a vysoká viskozita kovu. Tato kombinace je skvělá pro bicí nástroje.

Nesprávné vytvrzení může vést k následujícím závadám:

  • oduhličení;
  • trhliny;
  • deformace nebo vodítka.

Hlavní příčina vodítka a praskliny - nerovnoměrná změna velikosti dílu během chlazení nebo vytápění. Mohou také nastat s prudkým nárůstem síly na určitých místech. Nejlepším způsobem, jak se těmto problémům vyhnout, je pomalé ochlazování kovu na hodnotu martenzitické transformace.

Vodítko a deformace se vyskytují s nerovnoměrným chlazením zakřivených částí. Tyto vady jsou poměrně malé a mohou být korigovány broušením. Předběžné žíhání dílů a jejich postupné a rovnoměrné zahřívání zabrání zkreslení.

K oduhličení kovů dochází v důsledku spalování uhlíku s prodlouženým ohřevem. Intenzita procesu závisí na teplotě ohřevu, čím vyšší je, tím rychleji proces. Pro fixaci se předmět zahřívá v neutrálním prostředí (muflová pec).

Stupnice na kovovém povrchu vede k intoxikaci a deformaci výrobku. To snižuje rychlost ohřevu a ztěžuje obrábění. Stupnice je odstraněna chemickými nebo mechanickými prostředky. Aby se zabránilo jejich vzhledu, musíte použít speciální pastu (100 g tekutého skla, 25 g grafitu, 75 g žáruvzdorného jílu, 14 g boraxu, 100 g vody, 30 g karborunda). Kompozice se aplikuje na produkt a nechá se zcela vyschnout a pak se zahřeje jako obvykle.

Dovolená

Změkčuje účinky vytvrzování, uvolňuje stres, snižuje křehkost, zvyšuje viskozitu. Dovolená se provádí ohřevem součásti, vytvrzené na kritickou teplotu. V závislosti na teplotě je možné získat stavy trostitu, martenzitu, sorbitolu. Liší se od podobných stavů v kalení ve vlastnostech a struktuře, která je více zdůrazněna. To zvyšuje tažnost a pevnost slitiny. Kov s tečkovanou strukturou má vyšší rázovou houževnatost.

V závislosti na teplotě se rozlišují tyto typy prázdnin: nízké, střední, vysoké.

Pro přesné stanovení teploty pomocí tabulky barev. Film oxidu železitého dává kovu různé barvy. Zdá se, že je-li výrobek čistý a zahřátý na 210 ° C, zvyšuje se tloušťka filmu.

Při nízkém popouštění (teploty do 300 ° C) zůstává složení slitiny martenzit, což mění strukturu materiálu. Kromě toho se uvolňuje karbid železa. To zvyšuje houževnatost oceli a snižuje její tvrdost. Při nízkém popouštění se kov ochladí v solné a olejové lázni.

Vysoké popouštění výrazně zlepšuje mechanické vlastnosti oceli, zvyšuje viskozitu, tažnost, pevnost. Je široce používán pro výrobu pružin, motorových tyčí, kovacích zápustek, náprav automobilů. U jemnozrnné legované oceli se temperování provádí ihned po normalizaci.

Pro zvýšení obrobitelnosti kovu se jeho normalizace provádí při vysoké teplotě (970 ° C), což zvyšuje jeho tvrdost. Pro snížení tohoto parametru proveďte vysokou dovolenou.

Kryogenní ošetření

Změny ve struktuře kovu mohou být dosaženy nejen vysokou teplotou, ale i nízkou. Zpracování slitin při teplotách pod 0 ° C je široce používáno v různých průmyslových odvětvích. Proces probíhá při teplotě 195 ° C.

Výhody kryogenního zpracování:

  • Snižuje množství austenitu, což činí rozměry dílů stabilní.
  • Nevyžaduje další dovolenou, která zkracuje výrobní cyklus.
  • Po této úpravě jsou díly přístupnější k broušení a leštění.

Chemické tepelné zpracování

Chemické tepelné zpracování zahrnuje nejen vystavení vysokým teplotám, ale také chemické. Výsledkem tohoto postupu je zvýšená pevnost a odolnost kovu proti opotřebení, stejně jako odolnost proti ohni a kyselinám.

Existují takové typy zpracování:

  • Cementace.
  • Nitridování.
  • Carbonitriding.
  • Pečení

Cementace oceli je proces dodatečného zpracování kovu uhlíkem před kalením a popouštěním. Po zákroku se vytrvalost výrobku zvyšuje torzí a ohybem.

Před začátkem cementace se povrch důkladně očistí, poté se opatří speciálními látkami. Postup se provádí po úplném vyschnutí povrchu.

Existuje několik typů cementace: kapalina, pevná látka, plyn. V první formě se používá speciální pec, ve které se nalije 75% soda, 10% karbid křemíku, 15% chlorid sodný. Poté se výrobek ponoří do nádoby. Proces probíhá po dobu 2 hodin při teplotě 850 ° C.

Tvrdé cementování je vhodné provádět v domácí dílně. K tomu použijte speciální pastu na bázi uhličitanu sodného, sazí, kyseliny šťavelové a vody. Výsledná směs se nanese na povrch a čeká na sušení. Poté se produkt umístí do sušárny na 2 hodiny při teplotě 900 ° C.

Při cementaci plynem se používají plynné směsi obsahující metan. Postup probíhá ve speciální komoře při teplotě 900 ° C.

Nitridování oceli je proces nasycení kovového povrchu dusíkem zahřátím na 650 ° C v atmosféře amoniaku. Po úpravě slitina zvyšuje její tvrdost a také odolává korozi. Nitridování, na rozdíl od cementace, umožňuje udržet vysokou pevnost při vysokých teplotách. A výrobky se při ochlazování nezkřiví. Nitridování kovů je v průmyslu široce používáno k zajištění odolnosti výrobku proti opotřebení, zvýšení tvrdosti a ochraně proti korozi.

Karbonitridace oceli spočívá v úpravě povrchu uhlíkem a dusíkem při vysoké teplotě s dalším kalením a popouštěním. Postup může být prováděn při teplotě 850 ° C v plynném prostředí. Karbonitridování se používá pro nástrojové oceli.

Při vyvrtávání oceli se na kovový povrch nanese vrstva bóru. Postup se provádí při teplotě 910 ° C. Toto zpracování se používá ke zvýšení trvanlivosti nástrojů pro vrtání a vrtání.

Termomechanické zpracování

Při použití této metody aplikujte vysokoteplotní a plastické deformace. Existují tyto typy termomechanického zpracování:

  • Vysoká teplota.
  • Nízká teplota.
  • Předběžné.

Při vysokoteplotním zpracování dochází k deformaci kovu po zahřátí. Slitina se zahřívá nad teplotu rekrystalizace. Poté se provede kalení popouštěním.

Zpracování kovů při vysokých teplotách:

  • Zvyšuje viskozitu.
  • Eliminuje křehkost.

Takové zpracování podléhá konstrukční, nástrojové, uhlíkové, pružinové, legované oceli.

Během nízkoteplotního zpracování se předvalek po ochlazení udržuje na teplotě pod hodnotou rekrystalizace a nad martenzitickou transformací. V této fázi se provede plastická deformace. Takové zpracování nedává kovům stabilitu při popouštění a pro jeho realizaci je nezbytné výkonné zařízení.

Pro realizaci termomechanického zpracování je nutné použít speciální zařízení pro tlak, ohřev a chlazení obrobku.

Tepelné zpracování neželezných slitin

Neželezné kovy se ve svých vlastnostech liší, proto uplatňují své vlastní typy tepelného zpracování. Pro vyrovnání chemického složení mědi se provede rekrystalizační žíhání. Mosaz se zpracovává při nízké teplotě (200 ° C). Bronz se žíhá při 550 ° C. Hořčík je kalen, žíhán a stárnut, hliník je podroben podobnému zpracování.

V železné a neželezné metalurgii jsou široce používány různé druhy tepelného zpracování kovů. Používají se pro získání požadovaných vlastností slitin, stejně jako úspora nákladů. Pro každý postup a kov se zvolí vlastní hodnoty teploty.