Druhy tepelného zpracování oceli

Tepelné zpracování kovových výrobků se dělí na několik typů: kalení, žíhání, normalizace, popouštění a také tepelné zpracování svarů. Zpracování kovu při vysoké teplotě umožňuje dosáhnout vyšší pevnosti na povrchu výrobku a také změkčuje kov během deformace. Indukční jednotka je vynikající pro tepelné zpracování oceli. Níže se podíváme blíže na každý typ zpracování oceli a budeme si moci vybrat ten, který je pro konkrétní potřebu vhodnější.

Tepelné zpracování oceli – Žíhání

• Během žíhání se struktura kovu mění z nerovnovážného stavu do více rovnovážného. Níže se podíváme na možné typy žíhání oceli.
• Návrat nebo, jak se také říká, zbytek oceli. Při použití této metody se produkt zahřeje na 200-400 °C. Vrácení se provádí za účelem snížení úrovně kalení. Výsledkem tohoto typu žíhání je snížení deformací mřížky v krystalech a také částečné navrácení fyzikálních a chemických vlastností oceli.
• Rekrystalizace. Při použití tohoto typu žíhání se výrobek zahřeje na teplotu 500-550°C. Pokud je nutné uvolnit vnitřní pnutí kovu, provede se ohřev na teplotu 600-700 °C. Metoda rekrystalizačního žíhání slouží k odlehčení vnitřního pnutí licího kovu v důsledku nerovnoměrného ochlazování dílů. Rekrystalizace umožňuje obnovit nové krystaly z deformovaných zrn v kovové struktuře. Při použití rekrystalizačního žíhání se tvrdost oceli mírně snižuje, ale zvyšuje se její houževnatost a tažnost.
• Homogenizace nebo difúzní žíhání oceli. Používá se v případech, kdy má ocel intrakrystalické zkapalnění. Výsledkem použití homogenizace je získání oceli homogenního složení. Při použití tohoto typu žíhání je velmi důležité udržovat vysokou teplotu ohřevu, ale nedovolit spálení zrn. Popáleninu nelze opravit, a proto bude výrobek považován za vadný.
• Kompletní žíhání oceli. Používá se ke zlepšení struktury oceli, čímž se usnadňuje její následné zpracování, například lisování nebo kalení.
• Neúplné žíhání oceli. Používá se zpravidla po vysokoteplotní úpravě výrobku pod tlakem, pokud má jemnozrnnou strukturu.
• Izotermické žíhání. Tento způsob tepelného zpracování kovu se v poslední době používá mnohem častěji, protože umožňuje zkrátit dobu ohřevu a chlazení kovu, a tím zvýšit produktivitu podniku. Izotermické žíhání se provádí za 4-7 hodin, zatímco klasické žíhání trvá až 15 hodin.

Tepelné zpracování oceli – Kalení

Kalení je druh vysokoteplotního zpracování kovů, které je založeno na rekrystalizaci oceli při jejím zahřátí na teplotu mírně vyšší než je kritická. Po uchování produktu v tepelném prostředí prochází procesem chlazení.
Nejčastěji se kalení provádí na výrobcích, které vyžadují vysokou pevnost. Kalený kov se stává pevnějším na povrchu, ale uvnitř si zachovává houževnatost. V některých případech může kalení způsobit, že produkt je naopak velmi viskózní, například pokud se velmi rychle ochladí – to se provádí za účelem deformace kovu.
Vysokofrekvenční kalení umožňuje získat potřebné výsledky kalením v krátkém čase. Software indukčního zařízení dokáže plně řídit celý proces kalení při dodržení všech zadaných parametrů (teplota, doba výdrže, způsob chlazení atd.).

Tepelné zpracování oceli – Kalení

Popouštění je dalším typem vysokoteplotní úpravy oceli, která umožňuje snížit zbytkové napětí kovu po kalení, zvýšit houževnatost výrobku a snížit křehkost kovu. Popouštění oceli změkčuje účinek kalení.
Popouštění se provádí zahřátím kovového výrobku vytvrzeného na martenzit. Při temperování lze v závislosti na teplotě ohřevu získat stav martenzitu, sorbitolu nebo troostitu.
Temperování může být nízké, střední nebo vysoké – jeho úroveň zcela závisí na teplotě, na kterou bude produkt zahřát.

Tepelné zpracování oceli – normalizace

Normalizace je druh tepelného zpracování kovu, prováděný především na konci zpracování výrobku za účelem jeho konečného zahřátí a vyrovnání pnutí po celém povrchu.
Po normalizaci se ocel obsahující více než 0,4 % uhlíku stává pevnější. V praxi je tento typ oceli zpracován pomocí normalizace a poté je aplikováno temperování v teplotním rozsahu 650-700 ° C, aby se mírně snížila úroveň hustoty.
Indukční jednotka je vynikající pro tepelné zpracování kovových výrobků, umožňuje to provádět rychle, efektivně a s vysokou přesností. Pouze při použití softwaru zařízení HDTV můžete jasně ovládat proces ohřevu produktu, dobu jeho zdržení a chlazení.

Ocel je jedním z nejdůležitějších a ikonických kovů na Zemi. Ze spojení železa a uhlíku vzešla pevná, všestranná a hojně používaná slitina, která nachází uplatnění ve všech oblastech našeho života, od stavebnictví a strojírenství až po výrobu různých druhů nádobí. Tak rozšířená popularita kovu je spojena s jeho mnoha pozitivními vlastnostmi, z nichž hlavní je tvrdost – schopnost odolávat deformacím způsobeným vtlačením, nárazem nebo otěrem. Přirozená tvrdost oceli však není vždy dostatečná pro určité části a nástroje, například nosné konstrukce nebo části motoru. Proto byly vyvinuty různé technologie, jak výrazně zvýšit tvrdost a další vlastnosti oceli – kalení.

Co je otužování?

Kov, který neprošel speciální tepelnou úpravou, je měkký, křehký a pružný materiál. Nástroje vyrobené z nekalených ocelí se mohou během používání ohnout. Aby ocel získala vlastnosti, se kterými je obvykle spojena, je nutné provést speciální tepelné zpracování (kalení).

Kalení oceli je druh tepelného zpracování, které zahrnuje zahřátí kovu na vhodnou teplotu a jeho udržení po dobu nezbytnou k úplnému obnovení vnitřní struktury materiálu. Poté se vytvrzený materiál podrobí rychlému ochlazení. Správně provedené kalení způsobuje vznik lokálních koncentrací napětí v materiálu, což obvykle vede ke zvýšení jeho pevnosti a tvrdosti, zlepšení vlastností tekutosti, pružnosti a otěruvzdornosti.

Co je ocel

Ocel je slitina železa a uhlíku, která je podrobena plastům a tepelnému zpracování. Podle norem slitina obsahuje minimálně 45 % první složky a od 0,02 do 2,14 % druhé složky. Slitina s obsahem uhlíku 0,6–2,14 % přitom odpovídá oceli s vysokým obsahem uhlíku. Možnost kalení oceli je dána obsahem uhlíku, legujících a technologických prvků. Kromě toho je proces vytvrzování ovlivněn velikostí zrna a také přítomností dalších nerozpustných částic. Kalení umožňuje získat zcela potřebné parametry, které určují chemické složení daného materiálu. Existují různé technologie kalení oceli: tepelné, mechanické, chemické nebo kombinace dvou či více metod dohromady. Procesy tepelného kalení jsou nejběžnějšími metodami kalení. Obecně je technologie tepelného kalení následující:

• ohřev ocelí na určitou kalicí teplotu (materiál se obvykle zahřívá na teplotu 30-50 stupňů nad teplotou austenitické transformace);
• udržování kovu na dané teplotě, dokud se nezmění jeho vnitřní struktura;
• rychlé ochlazení oceli po kalení, ke kterému lze použít vodní, olejové nebo solné lázně. Při použití kyselin jako chladiv je nutné oceli periodicky dezoxidovat, čímž se eliminuje riziko snížení koncentrace uhlíku na povrchové vrstvě. Pro tyto účely se používá dřevěné uhlí nebo kyselina boritá.

Existují různé typy kalení ocelí, o kterých bude pojednáno níže.

Otužovací úkoly

Všechny těžké nástroje a součásti strojů z uhlíkové oceli a téměř všechny součásti strojů z legované oceli jsou kalené.

1. Hlavním účelem kalení nástrojové oceli je dosažení vysoké tvrdosti. Řezné vlastnosti nástroje jsou přímo úměrné tvrdosti kovu.
2. Většina strojních součástí je kalena, aby se dosáhlo vysoké odolnosti proti opotřebení. Čím vyšší tvrdost, tím vyšší odolnost proti opotřebení a otěruvzdornost. Například vřetena, ozubená kola, hřídele, vačky a tak dále.
3. Hlavním účelem kalení strojních součástí vyrobených z perlitické konstrukční oceli je dosažení vysoké meze kluzu s dobrou houževnatostí a tažností umožňující vyšší provozní napětí. Vyšší mez kluzu (a pevnost v tahu) s dobrou houževnatostí a tažností se však nedosahuje během procesu kalení, ale po vysokoteplotním popouštění kalených ocelí.

Technologie kalení oceli se obvykle používá spíše na hotové výrobky než na suroviny. To se děje z několika důvodů. Za prvé, kalení celého bloku oceli je neekonomické, protože většina z nich bude odstraněna během procesu zpracování. Navíc se ocel po kalení mnohem hůře obrábí, protože tvrdost kovu ztěžuje pronikání nástrojů.

Mikrostruktura kovu po kalení

Většina typů ocelí po úplném kalení se vyznačuje strukturou martenzitu a zbytkového austenitu a množství austenitu přímo závisí na množství uhlíku a také na kvalitativní a kvantitativní přítomnosti legujících prvků. Nástrojové oceli obsahují přibližně 20-30% zbytkového austenitu, strukturní kovy středně legované – od 3 do 5%. Struktura kalených ocelí se určuje v závislosti na požadavcích na mechanické a fyzikální vlastnosti výrobků. Spolu s martenzitem může být ve struktuře materiálu přítomen ferit nebo cementit. Po izotermickém kalení může být ve struktuře přítomen bainit. Níže se budeme zabývat technologiemi zpevňování, strukturou oceli a jejími konečnými vlastnostmi.

Metody zpevňování oceli

Při vystavení vysokým teplotám dochází u ocelí k řadě fázových změn ve své struktuře, včetně změn složení a krystalové mřížky. Pro kov je kritická teplota kalení 723 stupňů, ve které (ještě v pevném stavu) dochází k rozkladu cementitu a rovnoměrné tvorbě uhlíku v železe (austenitu) – tento stav je výchozím stavem pro kalení.

Během procesu pomalého ochlazování se austenit rozpadá, což způsobí, že se kov vrátí do své původní struktury. Při rychlém ochlazení oceli, která prošla procesem ohřevu a udržování při vysokých teplotách, austenit nemá čas na změnu, proto při prahové teplotě a určité rychlosti ochlazování dochází k procesu tvorby krystalových mřížek a chemických složení. , který dává kovu požadované vlastnosti.

Existují různé typy kalení oceli:

Kalení a popouštění

Při kalení, nazývaném také martenzitická přeměna, se ocel zahřeje nad kritickou teplotu na rozsah austenitu, udržuje se na této teplotě a poté rychle ochladí. U hypoeutektoidních slitin (obsah uhlíku méně než 0,9 %) je teplota ohřevu 30-50ºC nad hranicí čáry rozpustnosti austenitu. U hypereutektoidních ocelí hypereutektoidní (obsah uhlíku více než 0,9 % C) – teplota nad eutektoidem. Kalení způsobuje martenzitickou přeměnu, která slitinu výrazně zpevňuje. Kalená ocel je však velmi křehká, proto se provádí popouštění, aby se uvolnilo její vnitřní pnutí a snížila se křehkost. Maximální tvrdosti je dosaženo, když je rychlost ochlazování dostatečně vysoká, aby umožnila úplnou martenzitickou transformaci.

Izotermické kalení

Izotermické kalení je proces tepelného zpracování, který vytváří bainitovou strukturu v ocelích. Používá se ke zvýšení tvrdosti, pevnosti, tažnosti a snížení nadměrné deformace obrobku. Díly se zahřejí na austenitizační teplotu, pak se poměrně rychle ochladí na teplotu nad počátkem teploty martenzitu (Ms) a udržují se tam po dobu dostatečnou k získání požadované mikrostruktury bainitu. Izotermické kalení se primárně používá k kalení středně a vysoce uhlíkových ocelí v rozsahu tvrdosti 35-55 HRC, kde je vyžadována tažnost, s přidanou výhodou snížení pnutí. Tento proces je široce používán v automobilovém průmyslu pro třmeny a další díly, kde je vyžadována maximální tažnost.

Izotermické kalení se skládá z následujících procesů:

• Zahřívání na teplotu v rozsahu austenitizace.
• Chlazení v lázni (solný roztok nebo olej) na stálou teplotu – obvykle v rozmezí 260-370°C.
• Podržte po dobu dostatečnou k dokončení transformace bainitu.
• Ochlaďte na pokojovou teplotu.

Kroková metoda (Ausbye)

Kalení zaměřené na snížení napětí kovu, nadměrné deformace a rizika selhání v důsledku nerovnoměrného fázového přechodu a tepelného šoku typického pro tradiční kalení do oleje u vybraných vysokopevnostních ocelí. Proces umožňuje tepelné zpracování dílů se složitými geometriemi a tvary blízkými zamýšlenému tvaru, čímž se minimalizuje dokončovací obrábění/broušení součástí po tepelném zpracování. Kroková metoda se nejčastěji používá ve vojenském a leteckém průmyslu a spočívá v rychlém ochlazení v prostředí kalení, s teplotou nad martenzitickým bodem pro daný typ kovu. Při procesu ochlazování musí dílec po celém svém obvodu dosáhnout teploty kalícího média, poté se „koupe“ ve vodě nebo oleji, kde dochází k přeměně austenitu na martenzit.

Nepřetržité kalení

Kalení kovu ve dvou prostředích je metoda používaná k kalení ocelí s vysokým obsahem uhlíku (high carbon). Výrobek, který se má vytvrzovat, se nejprve rychle ochladí v médiu pro rychlé ochlazení na teplotu (například voda) a poté se ponoří do pomalu se ochlazujícího média (například oleje). Proces minimalizuje deformaci kovu a riziko praskání.

Pruhové zpevnění

Jedná se o postřik dílu silným proudem vody. Tento typ techniky se používá v případech, kdy je potřeba vytvrdit část součásti.

Povrchové kalení

Výsledkem procesu je zvýšená povrchová tvrdost, odolnost proti opotřebení a únavová pevnost při zachování pružnosti jádra. Používá se v případech, kdy je potřeba zpevnit pouze část povrchu obrobku.

Možné vady

Při procesu kalení oceli mohou vznikat různé vady materiálu, které lze rozdělit na opravitelné a neopravitelné.

Opravitelné – nejčastěji spojené s nesprávným chlazením nebo nekvalitním tepelným zpracováním, takže tvrdost dílů neodpovídá požadavkům uvedeným v požadavcích.

Neopravitelné – praskliny a třísky na součásti. Obvykle vznikají v důsledku použití nekvalitního kovu.

Vytvořte si na webu přihlášku, co nejdříve vás budeme kontaktovat a zodpovíme všechny vaše dotazy.