Toplinska obrada legura. Vrste toplinske obrade

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Termička obrada legura sastavni je dio procesa proizvodnje crne i obojene metalurgije. Kao rezultat ovog postupka, metali mogu promijeniti svoje karakteristike na tražene vrijednosti. U ovom članku ćemo razmotriti glavne vrste toplinske obrade koje se koriste u modernoj industriji.

Suština toplinske obrade

Tijekom proizvodnje poluproizvoda metalni dijelovi se termički obrađuju kako bi dobili željena svojstva (čvrstoća, otpornost na koroziju i habanje itd.). Toplinska obrada legura je skup umjetno stvorenih procesa tijekom kojih dolazi do strukturnih i fizičkih i mehaničkih promjena u legurama pod utjecajem visokih temperatura, ali je kemijski sastav tvari očuvan.

Svrha toplinske obrade

Metalni proizvodi koji se svakodnevno koriste u svim sektorima nacionalnog gospodarstva moraju ispunjavati visoke zahtjeve za otpornost na habanje. Metal, kao sirovinu, potrebno je ojačati potrebnim svojstvima izvedbe, koja se mogubiti izloženi visokim temperaturama. Toplinska obrada legura s visokim temperaturama mijenja početnu strukturu tvari, preraspoređuje njezine sastavne dijelove, transformira veličinu i oblik kristala. Sve to dovodi do minimiziranja unutarnjeg naprezanja metala i time povećava njegova fizička i mehanička svojstva.

Vrste toplinske obrade

Terminska obrada metalnih legura svodi se na tri jednostavna procesa: zagrijavanje sirovine (poluproizvoda) na željenu temperaturu, držanje pod zadanim uvjetima tijekom potrebnog vremena i brzo hlađenje. U suvremenoj proizvodnji koristi se nekoliko vrsta toplinske obrade koje se razlikuju po nekim tehnološkim značajkama, ali algoritam procesa općenito ostaje svugdje isti.

Prema načinu izvođenja toplinske obrade razlikuju se sljedeće vrste:

• Termički (otvrdnjavanje, kaljenje, žarenje, starenje, kriogena obrada).
• Termomehanička obrada uključuje obradu visokom temperaturom u kombinaciji s mehaničkim djelovanjem na leguru.
• Kemijsko-termički uključuje toplinsku obradu metala, nakon čega slijedi obogaćivanje površine proizvoda kemijskim elementima (ugljik, dušik, krom, itd.).

Žarenje

Žarenje je proizvodni proces u kojem se metali i legure zagrijavaju na unaprijed određenu temperaturu, a zatim se, zajedno s peći u kojoj se postupak odvijao, vrlo polako prirodno hlade. Kao rezultat žarenja, moguće je eliminirati nehomogenosti kemijskog sastavatvari, ublažavaju unutarnje naprezanje, postižu zrnastu strukturu i poboljšavaju je kao takvu, kao i smanjuju tvrdoću legure kako bi se olakšala njezina daljnja prerada. Postoje dvije vrste žarenja: žarenje prve i druge vrste.

Prvoklasno žarenje podrazumijeva toplinsku obradu, uslijed koje se malo ili nimalo mijenja fazno stanje legure. Također ima svoje varijante: homogenizirano - temperatura žarenja je 1100-1200, u takvim uvjetima legure se drže 8-15 sati, rekristalizacija (na t 100-200) se koristi za zakovani čelik, odnosno već deformiran biti hladno.

Žarenje druge vrste dovodi do značajnih faznih promjena u leguri. Također ima nekoliko varijanti:

• Potpuno žarenje - zagrijavanje legure 30-50 iznad kritične temperaturne oznake karakteristične za ovu tvar i hlađenje navedenom brzinom (200 / sat - ugljični čelici, 100 / sat i 50 / sat - niskolegirani i visoki -legirani čelici, odnosno).
• Nepotpuno - zagrijavanje do kritične točke i sporo hlađenje.
• Difuzija - temperatura žarenja 1100-1200.
• Izotermno - zagrijavanje se događa na isti način kao i kod potpunog žarenja, međutim, nakon toga se brzo hlađenje provodi na temperaturu malo ispod kritične i ostavlja se hladiti na zraku.
• Normalizirano - potpuno žarenje s naknadnim hlađenjem metala na zraku, a ne u peći.

Stvrdnjavanje

Kaljenje je manipulacijas legurom, čija je svrha postići martenzitnu transformaciju metala, čime se smanjuje duktilnost proizvoda i povećava njegova čvrstoća. Kaljenje, kao i žarenje, uključuje zagrijavanje metala u peći iznad kritične temperature do temperature gašenja, razlika je u većoj brzini hlađenja koja se događa u tekućoj kupelji. Ovisno o metalu, pa čak i njegovom obliku, koriste se različite vrste kaljenja:

• Stvrdnjavanje u istom okruženju, odnosno u istoj kupki s tekućinom (voda za velike dijelove, ulje za male dijelove).
• Povremeno stvrdnjavanje - hlađenje se odvija u dvije uzastopne faze: prvo u tekućini (oštrije rashladno sredstvo) do temperature od približno 300°C, zatim u zraku ili u drugoj uljnoj kupelji.
• Postupno - kada proizvod dosegne temperaturu stvrdnjavanja, neko vrijeme se hladi u rastopljenim solima, nakon čega slijedi hlađenje na zraku.
• Izotermna - tehnologija je vrlo slična postupnom stvrdnjavanju, razlikuje se samo u vremenu zadržavanja proizvoda na temperaturi martenzitne transformacije.
• Samokaljenje se razlikuje od ostalih vrsta po tome što zagrijani metal nije potpuno ohlađen, ostavljajući toplo područje u sredini dijela. Kao rezultat ove manipulacije, proizvod stječe svojstva povećane čvrstoće na površini i visoke viskoznosti u sredini. Ova kombinacija je neophodna za udaraljke (čekići, dlijeta, itd.)

Odmor

Kaljenje je završna faza toplinske obrade legura, koja određujekonačna struktura metala. Glavna svrha kaljenja je smanjiti lomljivost metalnog proizvoda. Princip je da se dio zagrije na temperaturu ispod kritične temperature i ohladi. Budući da se načini toplinske obrade i brzina hlađenja metalnih proizvoda za različite namjene mogu razlikovati, postoje tri vrste kaljenja:

• Visoka - temperatura grijanja je od 350-600 do vrijednosti ispod kritične. Ovaj se postupak najčešće koristi za metalne konstrukcije.
• Srednji - toplinska obrada na t 350-500, uobičajeno za proljetne proizvode i opruge.
• Niska - temperatura zagrijavanja proizvoda nije viša od 250, što omogućuje postizanje visoke čvrstoće i otpornosti dijelova.

Starenje

Starenje je toplinska obrada legura, koja uzrokuje procese razgradnje prezasićenog metala nakon gašenja. Posljedica starenja je povećanje granica tvrdoće, popuštanja i čvrstoće gotovog proizvoda. Starenju je podvrgnuto ne samo lijevano željezo, već i obojeni metali, uključujući lako deformabilne aluminijske legure. Ako se metalni proizvod podvrgnut stvrdnjavanju drži na normalnoj temperaturi, u njemu se događaju procesi koji dovode do spontanog povećanja čvrstoće i smanjenja duktilnosti. To se zove prirodno starenje metala. Ako se ista manipulacija radi na povišenim temperaturama, to će se zvati umjetno starenje.

Kriogeni tretman

Promjene u strukturi legura,što znači da se njihova svojstva mogu postići ne samo visokim, već i ekstremno niskim temperaturama. Termička obrada legura pri t ispod nule naziva se kriogena. Ova tehnologija se široko koristi u raznim sektorima nacionalnog gospodarstva kao dopuna visokotemperaturnim toplinskim obradama, jer može značajno smanjiti troškove procesa termičkog stvrdnjavanja.

Kriogena obrada legura provodi se na t -196 u posebnom kriogenom procesoru. Ova tehnologija može značajno povećati vijek trajanja obrađenog dijela i antikorozivna svojstva, kao i eliminirati potrebu za ponovnim tretmanima.

Termomehanička obrada

Nova metoda obrade legura kombinira obradu metala na visokim temperaturama s mehaničkom deformacijom proizvoda koji su u plastičnom stanju. Termomehanička obrada (TMT) prema načinu završetka može biti tri vrste:

• Niskotemperaturni TMT sastoji se od dvije faze: plastične deformacije praćene kaljenjem i kaljenjem dijela. Glavna razlika od ostalih vrsta TMT-a je temperatura zagrijavanja do austenitnog stanja legure.
• TMT na visokim temperaturama uključuje zagrijavanje legure do martenzitnog stanja u kombinaciji s plastičnom deformacijom.
• Preliminarno - deformacija se izvodi na t 20, nakon čega slijedi stvrdnjavanje i kaljenje metala.

Kemijsko-termički tretman

Promijenite strukturu i svojstva leguramoguće je i uz pomoć kemijsko-toplinske obrade, koja kombinira toplinsko i kemijsko djelovanje na metale. Krajnji cilj ovog postupka, osim povećanja čvrstoće, tvrdoće i otpornosti na habanje proizvodu, je i davanje dijela otpornosti na kiselinu i požar. Ova grupa uključuje sljedeće vrste toplinske obrade:

• Cementacija se provodi kako bi se površina proizvoda dala dodatna čvrstoća. Bit postupka je zasićenje metala ugljikom. Naugljičenje se može izvesti na dva načina: kruto i plinsko naugljičenje. U prvom slučaju, obrađeni materijal se zajedno s ugljenom i njegovim aktivatorom stavlja u peć i zagrijava na određenu temperaturu, nakon čega se drži u tom okruženju i hladi. U slučaju naugljičenja plinom, proizvod se zagrijava u pećnici do 900 °C pod kontinuiranom strujom ugljičnog plina.
• Nitriranje je kemijsko-toplinska obrada metalnih proizvoda zasićenjem njihove površine u dušičnim sredinama. Rezultat ovog postupka je povećanje vlačne čvrstoće dijela i povećanje njegove otpornosti na koroziju.
• Cijanidacija je zasićenje metala dušikom i ugljikom u isto vrijeme. Medij može biti tekući (otopljene soli koje sadrže ugljik i dušik) i plinoviti.
• Difuzijsko polaganje je moderna metoda davanja otpornosti na toplinu, kiselinu i otpornost na habanje metalnim proizvodima. Površina takvih legura zasićena je raznim metalima (aluminij, krom) i metaloidima (silicij, bor).

Značajketoplinska obrada lijevanog željeza

Legure lijevanog željeza su podvrgnute toplinskoj obradi primjenom malo drugačije tehnologije od legura obojenih metala. Lijevano željezo (sivo, visoke čvrstoće, legirano) podvrgava se sljedećim vrstama toplinske obrade: žarenje (na t 500-650), normalizacija, stvrdnjavanje (kontinuirano, izotermno, površinsko), kaljenje, nitriranje (sivi lijevani željezi), aluminiziranje (biserno lijevano željezo), kromiranje. Svi ovi postupci kao rezultat značajno poboljšavaju svojstva konačnih proizvoda od lijevanog željeza: produžuju vijek trajanja, eliminiraju vjerojatnost pukotina tijekom upotrebe proizvoda, povećavaju čvrstoću i otpornost na toplinu lijevanog željeza..

toplinska obrada obojenih legura

Obojeni metali i legure međusobno se razlikuju, stoga se obrađuju različitim metodama. Tako se bakrene legure podvrgavaju rekristalizacijskom žarenju kako bi se izjednačio kemijski sastav. Za mjed je predviđena niskotemperaturna tehnologija žarenja (200-300), budući da je ova legura sklona spontanom pucanju u vlažnom okruženju. Bronca se podvrgava homogenizaciji i žarenju na t do 550. Magnezij se žari, gasi i podvrgava umjetnom starenju (prirodno starenje se ne događa za gašeni magnezij). Aluminij, kao i magnezij, prolazi kroz tri metode toplinske obrade: žarenje, stvrdnjavanje i starenje, nakon čega kovane aluminijske legure značajno povećavaju svoju čvrstoću. Prerada titanovih legura uključuje: rekristalizacijsko žarenje, stvrdnjavanje, starenje, nitriranje i karburizaciju.

CV

Toplinska obrada metala i legura glavni je tehnološki proces u crnoj i obojenoj metalurgiji. Suvremene tehnologije imaju različite metode toplinske obrade za postizanje željenih svojstava svake vrste obrađenih legura. Svaki metal ima svoju kritičnu temperaturu, što znači da se toplinska obrada treba provoditi uzimajući u obzir strukturne i fizikalno-kemijske karakteristike tvari. U konačnici, to ne samo da će postići željene rezultate, već i značajno pojednostaviti proizvodne procese.