Toplotna obdelava zlitin. Vrste toplotne obdelave

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Toplotna obdelava zlitin je sestavni del proizvodnega procesa črne in barvne metalurgije. Kot rezultat tega postopka lahko kovine spremenijo svoje lastnosti na zahtevane vrednosti. V tem članku bomo obravnavali glavne vrste toplotne obdelave, ki se uporabljajo v sodobni industriji.

Bistvo toplotne obdelave

Pri izdelavi polizdelkov se kovinski deli toplotno obdelajo, da jim dajo želene lastnosti (trdnost, odpornost proti koroziji in obrabi itd.). Toplotna obdelava zlitin je niz umetno ustvarjenih procesov, med katerimi se pod vplivom visokih temperatur v zlitinah pojavljajo strukturne in fizikalne ter mehanske spremembe, vendar se kemična sestava snovi ohrani.

Namen toplotne obdelave

Kovinski izdelki, ki se dnevno uporabljajo v vseh sektorjih nacionalnega gospodarstva, morajo izpolnjevati visoke zahteve glede odpornosti proti obrabi. Kovino kot surovino je treba okrepiti s potrebnimi zmogljivostnimi lastnostmi, ki so lahkobiti izpostavljen visokim temperaturam. Toplotna obdelava zlitin z visokimi temperaturami spremeni začetno strukturo snovi, prerazporedi njene sestavne dele, spremeni velikost in obliko kristalov. Vse to vodi k zmanjšanju notranje napetosti kovine in s tem povečuje njene fizikalne in mehanske lastnosti.

Vrste toplotne obdelave

Toplotna obdelava kovinskih zlitin je sestavljena iz treh preprostih postopkov: segrevanja surovine (polizdelka) na želeno temperaturo, vzdrževanja v določenih pogojih za potreben čas in hitrega hlajenja. V sodobni proizvodnji se uporablja več vrst toplotne obdelave, ki se razlikujejo po nekaterih tehnoloških značilnostih, vendar algoritem postopka na splošno ostaja povsod enak.

Po načinu izvajanja toplotne obdelave obstajajo naslednje vrste:

• Termično (kaljenje, kaljenje, žarjenje, staranje, kriogena obdelava).
• Termomehanska obdelava vključuje visokotemperaturno obdelavo v kombinaciji z mehanskim delovanjem na zlitino.
• Kemično-termična vključuje toplotno obdelavo kovine, ki ji sledi obogatitev površine izdelka s kemičnimi elementi (ogljik, dušik, krom itd.).

žarjenje

Žaljenje je proizvodni proces, pri katerem se kovine in zlitine segrejejo na vnaprej določeno temperaturo, nato pa se skupaj s pečjo, v kateri je postopek potekal, zelo počasi naravno ohladi. Zaradi žarjenja je mogoče odpraviti nehomogenosti kemične sestavesnovi, razbremenijo notranjo napetost, dosežejo zrnato strukturo in jo kot tako izboljšajo ter zmanjšajo trdoto zlitine, da se olajša njena nadaljnja obdelava. Obstajata dve vrsti žarjenja: žarjenje prve in druge vrste.

Prvorazredno žarjenje pomeni toplotno obdelavo, zaradi katere se fazno stanje zlitine malo ali nič spremeni. Ima tudi svoje sorte: homogenizirano - temperatura žarjenja je 1100-1200, pod takimi pogoji se zlitine hranijo 8-15 ur, rekristalizacija (pri t 100-200) se uporablja za kovičeno jeklo, torej že deformirano biti mrzel.

Žarjenje druge vrste vodi do pomembnih faznih sprememb v zlitini. Ima tudi več različic:

• Popolno žarjenje - segrevanje zlitine 30-50 nad kritično temperaturno oznako, značilno za to snov, in hlajenje z določeno hitrostjo (200 / uro - ogljikova jekla, 100 / uro in 50 / uro - nizkolegirana in visoka -legirana jekla).
• Nepopolno - segrevanje do kritične točke in počasno hlajenje.
• Difuzija - temperatura žarjenja 1100-1200.
• Izotermično - segrevanje poteka na enak način kot pri popolnem žarjenju, vendar se po tem hitro ohladi na temperaturo nekoliko pod kritično in pusti, da se ohladi na zraku.
• Normalizirano - popolno žarjenje z naknadnim hlajenjem kovine na zraku in ne v peči.

utrjevanje

Kaljenje je manipulacijaz zlitino, katere namen je doseči martenzitno preobrazbo kovine, kar zmanjša duktilnost izdelka in poveča njegovo trdnost. Kaljenje, pa tudi žarjenje, vključuje segrevanje kovine v peči nad kritično temperaturo na temperaturo gašenja, razlika je v višji stopnji hlajenja, ki se pojavi v tekoči kopeli. Glede na kovino in celo njeno obliko se uporabljajo različne vrste utrjevanja:

• Utrjevanje v istem okolju, torej v isti kopeli s tekočino (voda za velike dele, olje za majhne dele).
• Občasno strjevanje - hlajenje poteka v dveh zaporednih stopnjah: najprej v tekočini (ostrejše hladilno sredstvo) na temperaturo približno 300 °C, nato na zraku ali v drugi oljni kopeli.
• stopenjsko - ko izdelek doseže temperaturo strjevanja, se nekaj časa ohladi v staljeni soli, čemur sledi hlajenje na zraku.
• Izotermična - tehnologija je zelo podobna stopenjskemu utrjevanju, razlikuje se le v času zadrževanja izdelka pri temperaturi martenzitne transformacije.
• Samotemperalno utrjevanje se od drugih vrst razlikuje po tem, da segreta kovina ni popolnoma ohlajena, tako da na sredini dela ostane toplo območje. Zaradi te manipulacije izdelek pridobi lastnosti povečane trdnosti na površini in visoke viskoznosti na sredini. Ta kombinacija je bistvena za tolkala (kladiva, dleta itd.)

Počitnice

Kaljenje je končna faza toplotne obdelave zlitin, ki določakončna struktura kovine. Glavni namen kaljenja je zmanjšati krhkost kovinskega izdelka. Načelo je, da del segrejemo na temperaturo pod kritično temperaturo in ga ohladimo. Ker se načini toplotne obdelave in hitrost hlajenja kovinskih izdelkov za različne namene lahko razlikujejo, obstajajo tri vrste kaljenja:

• Visoka - temperatura ogrevanja je od 350-600 do vrednosti pod kritično. Ta postopek se najpogosteje uporablja za kovinske konstrukcije.
• Srednje - toplotna obdelava pri t 350-500, običajna za pomladne izdelke in vzmeti.
• Nizka - temperatura segrevanja izdelka ni višja od 250, kar omogoča doseganje visoke trdnosti in odpornosti na obrabo delov.

Staranje

Staranje je toplotna obdelava zlitin, ki povzroči procese razgradnje prenasičene kovine po kaljenju. Posledica staranja je povečanje mej trdote, izkoristka in trdnosti končnega izdelka. Staranju ni podvrženo samo lito železo, temveč tudi barvne kovine, vključno z lahko deformabilnimi aluminijevimi zlitinami. Če kovinski izdelek, podvržen utrjevanju, vzdržujemo pri normalni temperaturi, se v njem pojavijo procesi, ki vodijo do spontanega povečanja trdnosti in zmanjšanja duktilnosti. Temu pravimo naravno staranje kovine. Če se enaka manipulacija izvaja pri povišanih temperaturah, se bo to imenovalo umetno staranje.

Kriogeno zdravljenje

Spremembe v strukturi zlitin,kar pomeni, da je mogoče njihove lastnosti doseči ne le z visokimi, temveč tudi z izjemno nizkimi temperaturami. Toplotna obdelava zlitin pri t pod ničlo se imenuje kriogena. Ta tehnologija se pogosto uporablja v različnih sektorjih nacionalnega gospodarstva kot dodatek k visokotemperaturnim toplotnim obdelavam, saj lahko znatno zmanjša stroške procesov termičnega utrjevanja.

Kriogena obdelava zlitin se izvaja pri t -196 v posebnem kriogenem procesorju. Ta tehnologija lahko znatno poveča življenjsko dobo obdelanega dela in protikorozijske lastnosti ter odpravi potrebo po ponovni obdelavi.

Termomehanska obdelava

Nova metoda obdelave zlitin združuje obdelavo kovin pri visokih temperaturah z mehansko deformacijo izdelkov, ki so v plastičnem stanju. Termomehanska obdelava (TMT) glede na način dokončanja je lahko tri vrste:

• Nizkotemperaturni TMT je sestavljen iz dveh stopenj: plastične deformacije, ki ji sledi kaljenje in kaljenje dela. Glavna razlika od drugih vrst TMT je temperatura segrevanja do avstenitnega stanja zlitine.
• Visokotemperaturni TMT vključuje segrevanje zlitine v martenzitno stanje v kombinaciji s plastično deformacijo.
• Preliminarno - deformacija se izvede pri t 20, čemur sledi utrjevanje in kaljenje kovine.

kemijsko-termična obdelava

Spremenite strukturo in lastnosti zlitinmožno je tudi s pomočjo kemično-termične obdelave, ki združuje toplotne in kemične učinke na kovine. Končni cilj tega postopka je poleg povečanja trdnosti, trdote in odpornosti proti obrabi izdelku tudi zagotoviti odpornost na kislino in požarno odpornost. Ta skupina vključuje naslednje vrste toplotne obdelave:

• Cementacija se izvaja za dodatno trdnost površine izdelka. Bistvo postopka je nasičenje kovine z ogljikom. Naogljičenje se lahko izvede na dva načina: nagljičenje na trdno in plinsko. V prvem primeru obdelan material skupaj s premogom in njegovim aktivatorjem damo v peč in segrejemo na določeno temperaturo, nato pa ga zadržimo v tem okolju in ohladimo. V primeru plinskega naogljičenja se izdelek segreje v pečici do 900 stopinj pod neprekinjenim tokom ogljikovega plina.
• Nitriranje je kemično-termična obdelava kovinskih izdelkov z nasičenjem njihove površine v dušikovih okoljih. Rezultat tega postopka je povečanje natezne trdnosti dela in povečanje njegove odpornosti proti koroziji.
• Cianidacija je nasičenje kovine z dušikom in ogljikom hkrati. Medij je lahko tekoč (staljene soli, ki vsebujejo ogljik in dušik) in plinast.
• Difuzijska prevleka je sodobna metoda za zagotavljanje toplotne odpornosti, odpornosti na kisline in odpornosti proti obrabi kovinskim izdelkom. Površina takšnih zlitin je nasičena z različnimi kovinami (aluminij, krom) in metaloidi (silicij, bor).

Lastnostitoplotna obdelava litega železa

Zlitine litega železa so toplotno obdelane z nekoliko drugačno tehnologijo kot zlitine neželeznih kovin. Lito železo (sivo, visoko trdno, legirano) je podvrženo naslednjim vrstam toplotne obdelave: žarjenje (pri t 500-650), normalizacija, utrjevanje (neprekinjeno, izotermično, površinsko), kaljenje, nitriranje (siva litina), aluminiziranje (biserno lito železo), kromiranje. Vsi ti postopki posledično bistveno izboljšajo lastnosti končnih izdelkov iz litega železa: podaljšajo življenjsko dobo, odpravijo verjetnost razpok med uporabo izdelka, povečajo trdnost in toplotno odpornost litega železa.

Toplotna obdelava neželeznih zlitin

Neželezne kovine in zlitine se med seboj razlikujejo, zato jih obdelujemo z različnimi metodami. Tako so bakrove zlitine podvržene rekristalizacijskemu žarjenju, da se izenači kemična sestava. Za medenino je zagotovljena nizkotemperaturna tehnologija žarjenja (200-300), saj je ta zlitina nagnjena k spontanemu razpokanju v vlažnem okolju. Bron se homogenizira in žari pri t do 550. Magnezij je žarjen, gašen in podvržen umetnemu staranju (pri gašenem magneziju ne pride do naravnega staranja). Aluminij, tako kot magnezij, je podvržen trem metodam toplotne obdelave: žarjenju, utrjevanju in staranju, po katerem kovane aluminijeve zlitine znatno povečajo svojo trdnost. Predelava titanovih zlitin vključuje: rekristalizacijsko žarjenje, utrjevanje, staranje, nitriranje in naogljičenje.

CV

Toplotna obdelava kovin in zlitin je glavni tehnološki proces tako v črni kot v barvni metalurgiji. Sodobne tehnologije imajo različne metode toplotne obdelave za doseganje želenih lastnosti vsake vrste obdelanih zlitin. Vsaka kovina ima svojo kritično temperaturo, kar pomeni, da je treba toplotno obdelavo izvajati ob upoštevanju strukturnih in fizikalno-kemijskih značilnosti snovi. Navsezadnje to ne bo le doseglo želenih rezultatov, ampak tudi znatno poenostavilo proizvodne procese.