Žarenje čelika kao vrsta termičke obrade. Tehnologija metala

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

Stvaranje novih materijala i kontrola njihovih svojstava je umjetnost metalne tehnologije. Jedan od njegovih alata je termička obrada. Ovi procesi omogućavaju promjenu karakteristika i, shodno tome, područja upotrebe legura. Žarenje čelika je široko korištena opcija za eliminaciju proizvodnih grešaka u proizvodima, povećavajući njihovu snagu i pouzdanost.

Procesni zadaci i njegove varijante

Operacije žarenja se izvode sa ciljem:

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

Klasična operacija se zove “potpuno žarenje”, međutim, postoji niz njenih varijanti, ovisno o specificiranim svojstvima i karakteristikama zadataka: nepotpuna, niska, difuzijska (homogenizacija),izotermno, rekristalizacija, normalizacija. Svi su u principu slični, međutim, načini termičke obrade čelika se značajno razlikuju.

Toplinska obrada na osnovu grafikona

Sve transformacije u crnoj metalurgiji, koje se zasnivaju na igri temperatura, jasno odgovaraju dijagramu legura gvožđa i ugljenika. To je vizuelna pomoć za određivanje mikrostrukture ugljeničnih čelika ili livenog gvožđa, kao i tačaka transformacije konstrukcija i njihovih karakteristika pod uticajem zagrevanja ili hlađenja.

Tehnologija metala reguliše sve vrste žarenja ugljeničnih čelika ovim rasporedom. Za nepotpunu, nisku, kao i za rekristalizaciju, "početne" vrijednosti temperature su PSK linija, odnosno njena kritična tačka Ac₁. Potpuno žarenje i normalizacija čelika su termički orijentisani na liniju dijagrama GSE, njegove kritične tačke Ac₃ i Ac_{m. Dijagram takođe jasno utvrđuje vezu određene metode termičke obrade sa vrstom materijala u smislu sadržaja ugljika i odgovarajuću mogućnost njegove implementacije za određenu leguru.}

Potpuno žarenje

Objekti: odlivci i otkovci od hipoeutektoidne legure, dok sastav čelika treba da ispuni ugljenik u količini do 0,8%.

Cilja:

• maksimalna promjena mikrostrukture dobivene lijevanjem i vrućim pritiskom, dovodeći nehomogenu krupnozrnu feritno-perlitnu kompoziciju u homogenu fino zrnastu;
• smanjenje tvrdoće i povećanje duktilnosti za dalju obradurezanje.

Tehnologija. Temperatura žarenja čelika je 30-50˚S viša od kritične tačke Ac_{3. Kada metal dostigne navedene termičke karakteristike, one se održavaju na ovom nivou neko vrijeme, što omogućava da se dovrše sve potrebne transformacije. Velika perlitna i feritna zrna se potpuno pretvaraju u austenit. Sljedeća faza je sporo hlađenje zajedno sa peći, pri čemu se ferit i perlit ponovo odvajaju od austenita, koji ima fino zrno i jednoličnu strukturu.}

Potpuno žarenje čelika omogućava otklanjanje najtežih unutrašnjih nedostataka, međutim, veoma je dugo i energetski intenzivno.

Nepotpuno žarenje

Objekti: hipoeutektoidni čelici bez ozbiljnih unutrašnjih nehomogenosti.

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

Tehnologija. Zagrijavanje metala na temperature koje spadaju u interval između kritičnih tačaka Ac₁ i Ac_{3. Izlaganje praznih delova u peći sa stabilnim karakteristikama doprinosi završetku potrebnih procesa. Hlađenje se vrši polako, zajedno sa rernom. Na izlazu se dobija ista perlit-feritna finozrnasta struktura. Sa takvim termičkim efektom, perlit se pretvara u sitnozrnast, dok ferit ostaje nepromijenjen kristalan, i može se mijenjati samo strukturno, također i mljevenjem.}

Nepotpuno žarenje čelika omogućava vam da uravnotežite unutrašnje stanje i svojstva jednostavnih objekata, manje je energetski intenzivan.

Nisko žarenje(rekristalizacija)

Objekti: sve vrste valjanog ugljičnog čelika, legirani čelik sa udjelom ugljika od 0,65% (npr. kuglični ležajevi), dijelovi i gotovi dijelovi od obojenih metala koji ne sadrže ozbiljne unutrašnje nedostatke, ali trebaju niskoenergetska korekcija.

Cilja:

• uklanjanje unutrašnjih naprezanja i otvrdnjavanja usled uticaja i hladne i tople deformacije;
• otklanjaju negativne efekte neravnomjernog hlađenja zavarenih konstrukcija, povećavaju plastičnost i čvrstoću šavova;
• ujednačavanje mikrostrukture proizvoda obojene metalurgije;
• sferoidizacija lamelarnog perlita - dajući mu granularni oblik.

Tehnologija.

Delovi se zagrevaju na 50-100˚C ispod kritične tačke Ac_{1. Pod uticajem takvih uticaja eliminišu se manje unutrašnje promene. 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. Legura aluminijuma - 300-450˚C.

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

Homogenizacija (difuzijsko žarenje)

Objekti: proizvodi velikog livenja, posebno odljevcilegirani čelik.

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

Tehnologija. Materijal se zagreva na visoke temperature od 1000-1200˚S. Stabilne termičke karakteristike moraju se održavati dugo vremena - oko 10-15 sati, ovisno o veličini i složenosti livene konstrukcije. Po završetku svih faza visokotemperaturnih transformacija, slijedi sporo hlađenje.

Radno-intenzivan, ali veoma efikasan proces za izravnavanje mikrostrukture velikih struktura.

Izotermno žarenje

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

Cilj: Poboljšanje mikrostrukture, uklanjanje unutrašnjih defekata sa 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 potapanjem u vruću so. Po dostizanju toplote na 50-100˚C ispod tačke Ac_{1, stavlja se u peć kako bi se održao na ovom nivou onoliko vremena koliko je potrebno za potpunu transformaciju austenita. u perlit i cementit. Završno hlađenje se odvija na zraku.}

Metoda vam omogućava da postignete tražena svojstva zaliha od legiranog čelika, uz uštedu vremena, u poređenju sa punimžarenje.

Normalizacija

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

Svrha: pojednostaviti unutrašnje stanje, dati željenu tvrdoću i čvrstoću, poboljšati unutrašnje stanje prije narednih faza termičke obrade i rezanja.

Tehnologija. Čelik se zagrijava do temperatura koje leže malo iznad GSE linije i njenih kritičnih tačaka, 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%. Sa povećanjem količine ugljika dolazi do povećanja tvrdoće. Isti čelik nakon normalizacije ima veću tvrdoću uz ravnomjerno raspoređena fina zrna. Tehnika omogućava značajno povećanje otpornosti legura na uništavanje i duktilnost rezanja.

Mogući defekti žarenja

Prilikom izvođenja operacija termičke obrade potrebno je pridržavati se navedenih režima temperaturnog grijanja i hlađenja. U slučaju kršenja zahtjeva mogu nastati različiti nedostaci.

1. Oksidacija površinskog sloja i stvaranje kamenca. Tokom rada, vrući metal reagira s atmosferskim kisikom, što dovodi do stvaranja kamenca na površini obratka. Za čišćenje mehanički ili saspecijalne hemikalije.
2. Carbon burn. Nastaje i kao rezultat utjecaja kisika na vrući metal. Smanjenje količine ugljika u površinskom sloju dovodi do smanjenja njegovih mehaničkih i tehnoloških svojstava. Da bi se ovi procesi spriječili, paralelno sa uvođenjem zaštitnih plinova u peć mora se vršiti žarenje čelika, čiji je glavni zadatak spriječiti interakciju legure sa kisikom.
3. Pregrijavanje. To je posljedica dužeg izlaganja u pećnici na visokoj temperaturi. To rezultira prekomjernim rastom zrna, stjecanjem nehomogene krupnozrne strukture i povećanjem lomljivosti. Ispravlja se još jednim korakom potpunog žarenja.
4. Izgoreo. Nastaje kao rezultat prekoračenja dozvoljenih vrijednosti zagrijavanja i izlaganja, dovodi do razaranja veza između pojedinih zrna, potpuno kvari cjelokupnu strukturu metala i ne podliježe korekciji.

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

Žarenje čelika je visokoefikasna tehnologija za dovođenje mikrostrukture dijelova bilo koje složenosti i sastava u optimalnu unutrašnju strukturu i stanje, što je potrebno za naredne faze termičkih utjecaja, rezanja i puštanja konstrukcije u rad.