Žarjenje jekla kot vrsta toplotne obdelave. Kovinska tehnologija

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Ustvarjanje novih materialov in nadzor njihovih lastnosti je umetnost kovinske tehnologije. Eno od njegovih orodij je toplotna obdelava. Ti procesi omogočajo spreminjanje lastnosti in s tem področij uporabe zlitin. Žarjenje jekla je široko uporabljena možnost za odpravo proizvodnih napak v izdelkih, povečanje njihove trdnosti in zanesljivosti.

Procesna opravila in njihove vrste

Operacije žarjenja se izvajajo z namenom:

• optimizacija intrakristalne strukture, razvrščanje legirnih elementov;
• zmanjšanje notranjega popačenja in napetosti zaradi hitrih temperaturnih nihanj procesa;
• povečanje prožnosti predmetov za naknadno rezanje.

Klasična operacija se imenuje "polno žarjenje", vendar obstajajo številne njene različice, odvisno od določenih lastnosti in značilnosti nalog: nepopolna, nizka, difuzijska (homogenizacija),izotermna, prekristalizacija, normalizacija. Vsi so si načeloma podobni, vendar se načini toplotne obdelave jekel bistveno razlikujejo.

Toplotna obdelava na podlagi grafikona

Vse transformacije v črni metalurgiji, ki temeljijo na igri temperatur, jasno ustrezajo diagramu železo-ogljikovih zlitin. Je vizualni pripomoček za določanje mikrostrukture ogljikovih jekel ali litega železa, pa tudi transformacijskih točk konstrukcij in njihovih značilnosti pod vplivom segrevanja ali hlajenja.

Tehnologija kovin s tem urnikom ureja vse vrste žarjenja ogljikovih jekel. Za nepopolne, nizke in tudi za rekristalizacijo so "začetne" temperaturne vrednosti linija PSK, in sicer njena kritična točka Ac₁. Popolno žarjenje in normalizacija jekla sta termično orientirana na linijo diagrama GSE, njene kritične točke Ac₃ in Ac_{m. Diagram tudi jasno določa povezavo določene metode toplotne obdelave z vrsto materiala glede na vsebnost ogljika in ustrezno možnost njegove izvedbe za določeno zlitino.}

Popolno žarjenje

Objekti: odlitki in odkovki iz hipoevtektoidne zlitine, medtem ko naj bi jeklena sestava zapolnila ogljik v količini do 0,8%.

Cilj:

• največja sprememba mikrostrukture, pridobljene z litjem in vročim pritiskom, s čimer se nehomogena grobozrnata feritno-perlitna sestava pretvori v homogeno drobnozrnato;
• zmanjšanje trdote in povečanje duktilnosti za nadaljnjo obdelavorezanje.

Tehnologija. Temperatura žarjenja jekla je 30-50˚С višja od kritične točke Ac_{3. Ko kovina doseže določene toplotne lastnosti, se nekaj časa vzdržujejo na tej ravni, kar omogoča dokončanje vseh potrebnih transformacij. Velika perlitna in feritna zrna se popolnoma spremenijo v avstenit. Naslednja stopnja je počasno hlajenje skupaj s pečjo, pri kateri se ferit in perlit ponovno ločita od avstenita, ki ima drobnozrnatost in enotno strukturo.}

Popolno žarjenje jekla omogoča odpravo najtežjih notranjih okvar, vendar je zelo dolgo in energetsko intenzivno.

Nepopolno žarjenje

Objekti: hipoevtektoidna jekla brez resnih notranjih nehomogenosti.

Namen: mletje in mehčanje perlitnih zrn brez spreminjanja feritne baze.

Tehnologija. Segrevanje kovine na temperature, ki so v intervalu med kritičnima točkama Ac₁ in Ac_{3. Izpostavljenost surovcev v peči s stabilnimi lastnostmi prispeva k zaključku potrebnih procesov. Hlajenje poteka počasi, skupaj s pečico. Na izhodu dobimo enako perlit-feritno drobnozrnato strukturo. S takšnim toplotnim učinkom se perlit spremeni v drobnozrnat, ferit pa ostane nespremenjen kristalen in se lahko spreminja le strukturno, tudi brušenje.}

Nepopolno žarjenje jekla omogoča uravnoteženje notranjega stanja in lastnosti preprostih predmetov, je manj energetsko intenzivna.

Nizko žarjenje(rekristalizacija)

Predmeti: vse vrste valjanega ogljikovega jekla, legirana jekla z vsebnostjo ogljika do 0,65 % (na primer kroglični ležaji), deli in surovci iz barvnih kovin, ki ne vsebujejo resnih notranjih napak, vendar potrebujejo popravek nizke energije.

Cilj:

• odstranitev notranjih napetosti in utrjevanja zaradi vpliva tako hladne kot vroče deformacije;
• odpravite negativne učinke neenakomernega hlajenja varjenih konstrukcij, povečajte plastičnost in trdnost šivov;
• poenotenje mikrostrukture izdelkov iz barvne metalurgije;
• sferoidizacija lamelarnega perlita - ki mu daje zrnato obliko.

tehnologija.

Deli se segrejejo 50-100˚C pod kritično točko Ac_{1. Pod vplivom takšnih vplivov se odpravijo manjše notranje spremembe. Celoten tehnološki proces traja približno 1-1,5 ure. Približni temperaturni razponi za nekatere materiale:}

1. Ogljikovo jeklo in bakrove zlitine - 600-700˚C.
2. Nikeljeve zlitine - 800-1200˚C.
3. Aluminijeve zlitine - 300-450˚C.

Hlajenje poteka na zraku. Za martenzitna in bainitna jekla tehnologija kovin zagotavlja drugačno ime za ta proces - visoko kaljenje. To je preprost in cenovno ugoden način za izboljšanje lastnosti delov in struktur.

Homogenizacija (difuzijsko žarjenje)

Objekti: izdelki za velike ulitke, zlasti ulitkilegirano jeklo.

Namen: enakomerna porazdelitev atomov legirnih elementov po kristalnih mrežah in celotnem volumnu ingota kot posledica visokotemperaturne difuzije; zmehčanje strukture obdelovanca, zmanjšanje njegove trdote pred izvedbo nadaljnjih tehnoloških operacij.

Tehnologija. Material se segreje na visoke temperature 1000-1200˚С. Stabilne toplotne lastnosti je treba vzdrževati dlje časa - približno 10-15 ur, odvisno od velikosti in kompleksnosti ulite konstrukcije. Po zaključku vseh stopenj visokotemperaturnih transformacij sledi počasno hlajenje.

Delovno intenziven, a zelo učinkovit postopek za izravnavo mikrostrukture velikih struktur.

Izotermično žarjenje

Objekti: pločevina iz ogljikovega jekla, zlitine in visokolegirani izdelki.

Cilj: Izboljšanje mikrostrukture, odstranjevanje notranjih napak s krajšim časom.

Tehnologija. Kovina se sprva segreje na polne temperature žarjenja in ohrani se čas, potreben za preoblikovanje vseh obstoječih struktur v avstenit. Nato počasi ohladite s potopitvijo v vročo sol. Ko dosežemo toploto pri 50-100˚C pod točko Ac_{1, jo postavimo v peč, da jo vzdržujemo na tej ravni toliko časa, kot je potrebno za popolno transformacijo avstenita. v perlit in cementit. Končno hlajenje poteka na zraku.}

Metoda vam omogoča, da dosežete zahtevane lastnosti surovcev iz legiranega jekla, hkrati pa prihranite čas v primerjavi s polnožarjenje.

Normalizacija

Objekti: odlitki, odkovki in deli iz nizkoogljičnega, srednje-ogljičnega in nizko legiranega jekla.

Namen: poenostaviti notranje stanje, dati želeno trdoto in trdnost, izboljšati notranje stanje pred nadaljnjimi fazami toplotne obdelave in rezanja.

Tehnologija. Jeklo segrejemo na temperature, ki ležijo nekoliko nad črto GSE in njenimi kritičnimi točkami, zadržimo in ohladimo na zraku. Tako se hitrost zaključka procesov poveča. Vendar pa je s tem postopkom mogoče doseči racionalno mirno strukturo le, če sestavo jekla določi ogljik v količini, ki ne presega 0,4%. S povečanjem količine ogljika se poveča trdota. Isto jeklo po normalizaciji ima večjo trdoto skupaj z enakomerno razporejenimi drobnimi zrni. Tehnika omogoča znatno povečanje odpornosti zlitin na uničenje in duktilnost rezanja.

Možne napake pri žarjenju

Pri izvajanju postopkov toplotne obdelave se je treba držati določenih načinov temperaturnega ogrevanja in hlajenja. V primeru kršitve zahtev lahko pride do različnih okvar.

1. Oksidacija površinske plasti in nastanek vodnega kamna. Med delovanjem vroča kovina reagira z atmosferskim kisikom, kar vodi do tvorbe vodnega kamna na površini obdelovanca. Za čiščenje mehansko ali sposebne kemikalije.
2. Carbon burn. Pojavi se tudi kot posledica vpliva kisika na vročo kovino. Zmanjšanje količine ogljika v površinski plasti vodi do zmanjšanja njegovih mehanskih in tehnoloških lastnosti. Da bi preprečili te procese, je treba vzporedno z dovajanjem zaščitnih plinov v peč izvajati žarjenje jekla, katerega glavna naloga je preprečiti interakcijo zlitine s kisikom.
3. Pregrevanje. To je posledica dolgotrajne izpostavljenosti v pečici pri visoki temperaturi. Posledica je prekomerna rast zrn, pridobitev nehomogene grobozrnate strukture in povečanje krhkosti. Popravi se z drugim korakom popolnega žarjenja.
4. Izgorelo. Pojavi se kot posledica preseganja dovoljenih vrednosti segrevanja in izpostavljenosti, vodi do uničenja vezi med nekaterimi zrni, popolnoma pokvari celotno strukturo kovine in ni predmet popravkov.

Za preprečevanje napak je pomembno, da natančno izvajate naloge toplotne obdelave, imate strokovne spretnosti in strogo nadzorujete proces.

Žarjenje jekla je visoko učinkovita tehnologija za spravljanje mikrostrukture delov poljubne kompleksnosti in sestave v optimalno notranjo strukturo in stanje, ki je potrebno za nadaljnje stopnje toplotnih vplivov, razrez in zagon konstrukcije.