Žarenje čelika kao vrsta toplinske obrade. Tehnologija metala

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Stvaranje novih materijala i kontrola njihovih svojstava umjetnost je metalne tehnologije. Jedan od njegovih alata je toplinska obrada. Ovi procesi omogućuju promjenu karakteristika i, sukladno tome, područja uporabe legura. Žarenje čelika je široko korištena opcija za uklanjanje grešaka u proizvodnji u proizvodima, povećavajući njihovu snagu i pouzdanost.

Procesni zadaci i njihove vrste

Operacije žarenja izvode se s ciljem:

• optimizacija intrakristalne strukture, poredak legirajućih elemenata;
• minimiziranje unutarnjeg izobličenja i naprezanja zbog brzih fluktuacija temperature procesa;
• povećavanje savitljivosti predmeta za naknadno rezanje.

Klasična operacija naziva se "potpuno žarenje", međutim, postoji niz njezinih varijanti, ovisno o navedenim svojstvima i karakteristikama zadataka: nepotpuna, niska, difuzijska (homogenizacija),izotermno, rekristalizacija, normalizacija. Svi su u principu slični, međutim, načini toplinske obrade čelika značajno se razlikuju.

Toplinska obrada na temelju grafikona

Sve transformacije u crnoj metalurgiji, koje se temelje na igri temperatura, jasno odgovaraju dijagramu legura željezo-ugljik. To je vizualno pomagalo za određivanje mikrostrukture ugljikovih čelika ili lijevanog željeza, kao i točaka transformacije konstrukcija i njihovih značajki pod utjecajem zagrijavanja ili hlađenja.

Tehnologija metala ovim rasporedom regulira sve vrste žarenja ugljičnih čelika. Za nepotpunu, nisku, kao i za rekristalizaciju, "početne" vrijednosti temperature su PSK linija, odnosno njena kritična točka Ac₁. Potpuno žarenje i normalizacija čelika su termički orijentirani na liniju dijagrama GSE, njegove kritične točke Ac₃ i Ac_{m. Dijagram također jasno utvrđuje povezanost određene metode toplinske obrade s vrstom materijala u smislu sadržaja ugljika i odgovarajuću mogućnost njegove implementacije za određenu leguru.}

Potpuno žarenje

Objekti: odljevci i otkovci od hipoeutektoidne legure, dok sastav čelika treba ispuniti ugljik u količini do 0,8%.

Cilj:

• maksimalna promjena mikrostrukture dobivene lijevanjem i vrućim pritiskom, čime se nehomogeni krupnozrni feritno-perlitni sastav dovodi u homogenu finozrnatu;
• smanjenje tvrdoće i povećanje duktilnosti za daljnju obradurezanje.

Tehnologija. Temperatura žarenja čelika je 30-50˚S viša od kritične točke Ac_{3. Kada metal dosegne navedene toplinske karakteristike, one se održavaju na ovoj razini neko vrijeme, što omogućuje dovršenje svih potrebnih transformacija. Velika perlitna i feritna zrna potpuno se pretvaraju u austenit. Sljedeća faza je polagano hlađenje zajedno s peći, tijekom kojeg se ferit i perlit ponovno odvajaju od austenita, koji ima fino zrno i jednoličnu strukturu.}

Potpuno žarenje čelika omogućuje otklanjanje najtežih unutarnjih nedostataka, međutim, vrlo je dugo i energetski intenzivno.

Nepotpuno žarenje

Objekti: hipoeutektoidni čelici bez ozbiljnih unutarnjih nehomogenosti.

Namjena: mljevenje i omekšavanje perlitnih zrnaca, bez promjene feritne baze.

Tehnologija. Zagrijavanje metala na temperature koje padaju unutar intervala između kritičnih točaka Ac₁ i Ac_{3. Izlaganje praznina u peći sa stabilnim karakteristikama doprinosi završetku potrebnih procesa. Hlađenje se vrši polako, zajedno sa pećnicom. Na izlazu se dobiva ista perlit-feritna finozrnasta struktura. S takvim toplinskim učinkom, perlit se pretvara u sitnozrnati, dok ferit ostaje nepromijenjen kristalan, i može se mijenjati samo strukturno, također i mljevenjem.}

Nepotpuno žarenje čelika omogućuje vam da uravnotežite unutarnje stanje i svojstva jednostavnih predmeta, manje je energetski intenzivno.

Nisko žarenje(rekristalizacija)

Objekti: sve vrste valjanog ugljičnog čelika, legirani čelik s udjelom ugljika unutar 0,65% (na primjer, kuglični ležajevi), dijelovi i praznine od obojenih metala koji ne sadrže ozbiljne unutarnje nedostatke, ali trebaju niskoenergetska korekcija.

Cilj:

• uklanjanje unutarnjih naprezanja i stvrdnjavanja zbog utjecaja i hladne i vruće deformacije;
• eliminirati negativne učinke neravnomjernog hlađenja zavarenih konstrukcija, povećati plastičnost i čvrstoću šavova;
• ujednačavanje mikrostrukture proizvoda obojene metalurgije;
• sferoidizacija lamelarnog perlita - dajući mu zrnati oblik.

tehnologija.

Dijelovi se zagrijavaju na 50-100˚C ispod kritične točke Ac_{1. Pod utjecajem takvih utjecaja otklanjaju se manje unutarnje promjene. Cijeli tehnološki proces traje oko 1-1,5 sati. Približni temperaturni rasponi za neke materijale:}

1. Ugljični čelik i legure bakra - 600-700˚C.
2. Legura nikla - 800-1200˚C.
3. Aluminijske legure - 300-450˚C.

Hlađenje se vrši na zraku. Za martenzitne i bainitne čelike, metalna tehnologija daje drugačiji naziv za ovaj proces - visoko kaljenje. To je jednostavan i pristupačan način poboljšanja svojstava dijelova i struktura.

Homogenizacija (difuzijsko žarenje)

Objekti: proizvodi velikog lijevanja, posebno odljevcilegirani čelik.

Namjena: ravnomjerna raspodjela atoma legirajućih elemenata po kristalnim rešetkama i cjelokupnom volumenu ingota kao rezultat visokotemperaturne difuzije; omekšavanje strukture obratka, smanjenje njegove tvrdoće prije izvođenja sljedećih tehnoloških operacija.

Tehnologija. Materijal se zagrijava na visoke temperature od 1000-1200˚S. Stabilne toplinske karakteristike moraju se održavati dulje vrijeme - oko 10-15 sati, ovisno o veličini i složenosti lijevane strukture. Po završetku svih faza visokotemperaturnih transformacija slijedi sporo hlađenje.

Radno-intenzivan, ali vrlo učinkovit proces za izravnavanje mikrostrukture velikih struktura.

Izotermno žarenje

Objekti: limovi od ugljičnog čelika, legirani i visokolegirani proizvodi.

Cilj: Poboljšanje mikrostrukture, uklanjanje unutarnjih nedostataka uz manje vremena.

Tehnologija. Metal se u početku zagrijava do pune temperature žarenja i održava se vrijeme potrebno za transformaciju svih postojećih struktura u austenit. Zatim polako ohladite uranjanjem u vruću sol. Po dolasku topline na 50-100˚C ispod Ac_{1 točke, stavlja se u peć kako bi se održala na ovoj razini tijekom vremena potrebnog za potpunu transformaciju austenita u perlit i cementit. Završno hlađenje odvija se na zraku.}

Metoda vam omogućuje postizanje traženih svojstava zaliha od legiranog čelika, uz uštedu vremena, u usporedbi s punimžarenje.

Normalizacija

Objekti: odljevci, otkovci i dijelovi od niskougljičnog, srednjeg ugljičnog i niskolegiranog čelika.

Svrha: pojednostaviti unutarnje stanje, dati željenu tvrdoću i čvrstoću, poboljšati unutarnje stanje prije sljedećih faza toplinske obrade i rezanja.

Tehnologija. Čelik se zagrijava do temperatura koje leže malo iznad GSE linije i njegovih kritičnih točaka, drži se i hladi na zraku. Time se povećava brzina završetka procesa. Međutim, korištenjem ovog postupka moguće je postići racionalnu mirnu strukturu samo kada je sastav čelika određen ugljikom u količini ne većoj od 0,4%. S povećanjem količine ugljika dolazi do povećanja tvrdoće. Isti čelik nakon normalizacije ima veću tvrdoću zajedno s ravnomjerno raspoređenim finim zrnima. Tehnika omogućuje značajno povećanje otpornosti legura na uništavanje i duktilnost rezanja.

Mogući defekti žarenja

Tijekom izvođenja operacija toplinske obrade potrebno je pridržavati se navedenih načina temperaturnog grijanja i hlađenja. U slučaju kršenja zahtjeva mogu se pojaviti različiti nedostaci.

1. Oksidacija površinskog sloja i stvaranje kamenca. Tijekom rada, vrući metal reagira s atmosferskim kisikom, što dovodi do stvaranja kamenca na površini obratka. Za čišćenje mehanički ili sposebne kemikalije.
2. Izgaranje ugljika. Također se javlja kao posljedica utjecaja kisika na vrući metal. Smanjenje količine ugljika u površinskom sloju dovodi do smanjenja njegovih mehaničkih i tehnoloških svojstava. Kako bi se spriječili ovi procesi, žarenje čelika mora se provoditi paralelno s uvođenjem zaštitnih plinova u peć, čija je glavna zadaća spriječiti interakciju legure s kisikom.
3. Pregrijavanje. Posljedica je dugotrajnog izlaganja u pećnici na visokoj temperaturi. To rezultira prekomjernim rastom zrna, stjecanjem nehomogene krupnozrnate strukture i povećanjem lomljivosti. Ispravlja se drugim korakom potpunog žarenja.
4. Izgoreo. Javlja se kao rezultat prekoračenja dopuštenih vrijednosti zagrijavanja i izloženosti, dovodi do uništenja veza između nekih zrna, potpuno kvari cjelokupnu strukturu metala i ne podliježe korekciji.

Da biste spriječili kvarove, važno je točno obavljati zadatke toplinske obrade, imati profesionalne vještine i strogo kontrolirati proces.

Žarenje čelika je visoko učinkovita tehnologija za dovođenje mikrostrukture dijelova bilo koje složenosti i sastava u optimalnu unutarnju strukturu i stanje, što je potrebno za naknadne faze toplinskih utjecaja, rezanja i puštanja konstrukcije u rad.