Způsoby zpracování oceli

Tepelné zpracování oceli je jedním z povinných postupů, které umožňují dodat polotovarům a dílům požadované vlastnosti. Může být prováděn v různých fázích výroby, přičemž chemické složení materiálu se nemění.

Tento proces zlepšuje obrobitelnost dílů, uvolňuje zbytkové napětí a obecně zlepšuje výkonnostní charakteristiky. Níže vám řekneme více o tepelném zpracování oceli a také o tom, v jakých fázích může být provedeno.

Úkoly tepelného zpracování oceli podle GOST

Tepelné zpracování oceli se provádí při maximální teplotě, při které dochází k následujícímu:

• rekrystalizace oceli,
• přechod železa z gama na alfa formu,
• přeměna velkých částic na desky.

Provozní vlastnosti oceli a snadnost zpracování kovů přímo závisí na vnitřní struktuře dvoufázové směsi.

Hlavní účel tepelného zpracování oceli:

• Výroba trvanlivých, tepelně odolných, otěruvzdorných a korozivzdorných hotových výrobků z oceli.
• Odstranění vnitřního pnutí v přířezech po lití, lisování za tepla a za studena, hluboké tažení oceli. To zvyšuje jeho plasticitu a usnadňuje řezání.

Tepelné zpracování se aplikuje na následující druhy oceli:

• uhlík a slitina,
• s obsahem uhlíku 0,25 % až 0,7 %,
• strukturální, instrumentální a speciální,
• různé kvality.

Kvalita tepelného zpracování oceli závisí na následujících hlavních parametrech:

• doba (rychlost) ohřevu,
• teplota ohřevu,
• délka expozice při dané teplotě,
• intenzita (období ochlazování).

Pro získání různých typů tepelného zpracování oceli lze výše uvedené parametry změnit.

4 Hlavní typy tepelného zpracování oceli

Tepelné zpracování oceli je proces změny vnitřní struktury a struktury oceli jejím vystavením ohřevu, udržování a chlazení. V každé fázi tepelného zpracování je vyžadováno přísné dodržování teploty, rychlosti a doby trvání v závislosti na podílu uhlíku a legujících prvků ve slitině. Při zahřívání dochází ke změnám ve struktuře materiálu a při ochlazování k těmto strukturálním změnám v opačném pořadí.

Druhy tepelné úpravy:

• Žíhání:

1. homogenizace,
2. rekrystalizace,
3. izotermické žíhání,
4. žíhání na odlehčení stresu,
5. úplné žíhání,
6. neúplné žíhání.

• Kalení

• Normalizace

• Dovolená:

1. krátký,
2. průměrný,
3. vysoký.

Podrobnosti o každém typu tepelného zpracování jsou uvedeny níže.

Jak se tepelně zpracovávají oceli a slitiny

Na dovolené

Tento typ tepelného zpracování se velmi často využívá ve strojírenství při výrobě ocelových výrobků pro různé účely. Pro snížení vnitřního zbytkového napětí se používá popouštění s kalením. Tato metoda umožňuje získat odolný materiál a odstranit jeho křehkost, ke které dochází při vystavení vysokým teplotám.

Dalším důležitým účelem popouštění je zvýšit rázovou houževnatost kovu, a tím snížit jeho tvrdost. Silný vnější náraz tvrdými předměty tedy nepoškodí povrch materiálu.

Následující tabulka barev popouštění se používá při tepelném zpracování oceli k objasnění teplotních podmínek:

Teplota (°C)
Barva žhavení
Teplota (°C)
Barva žhavení
Oslnivá bílá a modrá
Světle červená
Světlá třešeň
Žlutá bílá
třešňově červený
Světle bílá
Střední třešeň
citronově žlutá
Tmavá třešeň
Jasně červená
Tmavě červená
Velmi tmavě červená (viditelná ve tmě)

Druhy technologie temperování:

Tato metoda se používá k získání martenzitické struktury oceli. Jeho hlavní funkcí je maximální zvýšení viskozity materiálu při zachování jeho tuhosti.

Normální teplota ohřevu je +150 °C, maximum není více než +250 °C. Při normálním zahřívání se kov udržuje asi 1,5 hodiny. Chlazení v oleji nebo vzduchu pro zvýšení pevnosti obrobku nebo hotového dílu.

Nízké popouštění se používá při výrobě měřicích přístrojů nebo různých řezných produktů.

Obvyklá teplota ohřevu při zpracování není vyšší než +340 °C. Charakteristickým rysem metody je zvýšení maximální teploty na +500 °C. Chlazení se provádí vzduchem.

Hlavním cílem je přechod z martenzitické struktury na troostit. To umožňuje zvýšit viskozitu materiálu při současném snížení jeho tvrdosti. Tato technologie se používá při výrobě dílů, které se používají při velkém zatížení.

Nejúčinnější metoda pro snížení vysokého vnitřního napětí. Materiál se zahřívá na teplotu +450 až +600 °C, aby se zvýšila jeho viskozita a plasticita bez snížení pevnosti. Komplexní, ale optimální způsob výroby kritických dílů. Používá se při tepelném zpracování většiny konstrukčních ocelí.

Během žíhání

Žíhání je druh tepelného zpracování oceli, který se používá k získání rovnovážné homogenní vnitřní struktury oceli a k ​​výraznému snížení jejího pnutí. Při zpracování se materiál zahřeje na vysokou teplotu, tam se udržuje a dlouho chladí.

V průmyslu se používají některé typy tepelného zpracování:

• Homogenizace nebo difúzní žíhání. Tepelné zpracování oceli probíhá ohřevem od +1 000 do +1 150 °C. Materiál se uchovává po dobu 8 hodin. U některých druhů oceli se doba výdrže prodlužuje na 15 hodin. Během chlazení sledujte teplotu. Obrobek se z pece vyjme až po ochlazení na +800 °C. Poté dochází k ochlazení vzduchem.
• Rekrystalizace – nízké žíhání, které je nutné po deformaci. Hlavním cílem tohoto procesu je zpevnění oceli změnou tvaru zrna v kovové struktuře. Teplota ohřevu od +100 do +200 °C. Doba držení není delší než dvě hodiny. Dlouhodobé chlazení se provádí uvnitř trouby.
• Odstranění vnitřního a zbytkového pnutí. Maximální teplota ohřevu je +727 °C. Ze všech typů žíhání je nejdelší výdrž 20 hodin. K ochlazování obrobku dochází velmi pomalu. Tato metoda žíhání je vhodná pro výrobky, které byly mechanicky opracovány, svařeny nebo zpracovány litím.
• Izometrické žíhání. Tento typ tepelného zpracování se používá pouze u legovaných ocelí. Teplota ohřevu se volí na základě přirozeného limitu pro každý konkrétní druh oceli. Maximum se zvýší o dalších 20–30 °C. Kov se ochlazuje ve dvou fázích – rychle a pomalu. V tomto stavu se bude austenit postupně rozpadat.
• Úplné žíhání. Používá se k získání jemnozrnné ocelové struktury, zejména s perlitem a feritem. Proces je vhodný pro různé polotovary – lisované, lité nebo kované. Ohřev se provádí stejným způsobem jako u izometrické expozice – teplota se zvýší na maximum, zvýší se o dalších 30–50 °C. Obrobek se ochladí na +500 °C. Rychlost chlazení je sledována a indikována za hodinu. Uhlíková ocel se během tepelného zpracování ochladí na +150 °C, zatímco legovaná ocel se ochladí na +50 °C.
• Částečné žíhání. Hlavním cílem procesu je přechod z perlitové struktury na ferito-cementitovou. Tento typ tepelného zpracování se používá u ocelových výrobků, které se vyrábějí pomocí svařování elektrickým obloukem. Teplota ohřevu: +700 °C. Doba uchování – 20 hodin. Pomalé chlazení obrobků. Poté se zvyšuje pevnost a ochrana před mechanickým poškozením.

Při otužování

Kalení, stejně jako temperování, je nejběžnější způsob tepelného zpracování. Je nutné zlepšit takové vlastnosti oceli, jako je tvrdost, maximální elasticita a odolnost proti opotřebení. Tato úprava snižuje pevnost v tlaku a v tahu. Pro zlepšení provozních vlastností se nástrojové oceli často podrobují takovému tepelnému zpracování.

Kalení je nejstarší způsob tepelného zpracování. Jeho zvláštností je rychlé ochlazení oceli zahřáté na maximální teplotu. Maximální ohřev závisí na jakosti oceli. Hlavní věc je vzít v úvahu, při jaké teplotě začíná proces změny vnitřní krystalové mřížky.

Následující parametry se mění v závislosti na kvalitě slitiny:

• Chladící médium. Nejjednodušší metodou je ponoření do vody. Pro zlepšení vlastností oceli se chlazení provádí pomocí oleje, inertního plynu nebo roztoků solí.
• Rychlost chlazení. Závisí na počáteční teplotě ohřevu. Teplota plynu, roztoku obsahujícího sůl a vodu se také může lišit.
• Topení. Vybírá se na základě limitu, při kterém dochází ke změně vnitřní struktury. U většiny druhů slitin je to +900 °C.

Při normalizaci

Normalizace je druh tepelného zpracování oceli, který mění strukturu a zjemňuje zrno ve slitině. Tento proces je vhodný pro nízkouhlíkovou a legovanou ocel.

Hlavní výhodou této úpravy je zvýšení tvrdosti oceli až na 300 HB. Je možné použít polotovary získané válcováním za tepla. Zvyšuje se pevnost, odolnost proti opotřebení a houževnatost oceli. To usnadňuje další fázi zpracování.

Chladicí médium – vzduch. Limit teploty ohřevu je zvýšení o dalších 50 °C na stanovené maximum pro konkrétní jakost oceli.

Nuance tepelného zpracování různých druhů oceli a neželezných slitin

Tepelné zpracování slitinových ocelí stupňů 20 kH, 15 khgn2ta, 4 kh5mf, 20 kh2n4a, 50 khgfa, 6 khv2, 18 khg, u9, 45g2, 20khgr, 38khn3ma, 7kh3, 20KHN3A, má obecné požadavky na martenzitu a austenititu a Astentitic. Na grafu jsou určité kritické body pro získání perlitu, martenzitu, austenitické nebo feritické oceli. Tepelné zpracování takových slitin probíhá dlouhodobým ohřevem na určitou teplotu.

Tento proces je také doprovázen prodlouženým držením a pomalým chlazením. Je ale třeba mít na paměti, že při tuhnutí je chladnutí rychlejší. Fyzikální zákony vysvětlují, proč k ohřevu a ochlazování dochází pomalu: čím vyšší je výměna tepla, tím nižší je pravděpodobnost poškození slitiny. Ohřev se provádí postupně po celé ploše výrobku.

Nerezové oceli jakosti 07X16N6, 20X13, 20X14, 20X16, 20X18N9T a podobné slitiny (označené označením „X“ – procento chrómu ve hmotě) se po tepelném zpracování nechají v peci pomalu vychladnout. Patří sem také slitiny s obsahem chrómu 13 % nebo více hmotnosti obrobku. V některých průmyslových odvětvích používá pec pro zpožděný ohřev elektrické topné zařízení, které bude ohřívat kov podle specifického algoritmu. To nám umožní dodržet výrobní technologii.

Při tepelném zpracování se austenitické oceli dočasně zahřejí v peci na +1 150 °C. Po požadované době výdrže se kalená ocel ochladí v oleji až do úplného vychladnutí nebo podle specifického algoritmu. To umožňuje dosáhnout stabilní vnitřní struktury. Slitina tak zlepšuje všechny její vlastnosti.

Při tepelném zpracování se rychlořezná ocel zahřívá v peci s extrémně přesným tepelným senzorem. Pomalé zahřívání a chlazení. Při správné technologii může ocel ztratit svou počáteční tvrdost pouze při +650…+700 °C.

V závislosti na typu oceli, která má být získána, jednoduché uhlíkové oceli jakostí St3, St4, St5, St6, St8, St10, St15, St20, St25, St30, St35, St40, St45, St50, St55, St60, St75, obsahující setiny podílu uhlíku, hmotnostně normalizované, perleťové technologie popouštění ustenit – ferit“. Hlavním cílem je zvýšit stabilitu molekulárních vazeb v krystalové mřížce a snížit křehkost.

Tepelné zpracování neželezných slitin se od ostatních kovů liší speciální krystalovou mřížkou, zvýšenou nebo sníženou tepelnou vodivostí a chemickou reakcí na kyslík a vodík:

• Při tepelném zpracování slitin hliníku a mědi nejsou žádné potíže s ohřevem, ale u slitiny titanu je to hlavní problém, protože její tepelná vodivost je 15krát nižší než u hliníku.
• Slitiny mědi přicházejí do styku s kyslíkem při maximální teplotě, proto se tepelné zpracování provádí v ochranném prostředí.
• Slitiny s hliníkem jsou vlastně pasivní vůči atmosférickým plynům, zatímco slitina titanu je naopak hydrogenovaná. Pro snížení procenta vodíku se proto titan zpracovává ve vakuovém prostředí. Tepelné zpracování oceli z tvárných kovů s hliníkem (profily, trubky, úhelníky) se provádí při dodržení teploty ohřevu +450–500 °C.

doporučené články

• Slitina železa a mědi: rozsah
• Uhlík v kovu a jeho vliv na vlastnosti materiálu
• Legované konstrukční oceli: vlastnosti a použití

Tepelnou úpravu nelze vidět bez speciálních přístrojů. K vyhodnocení výsledku získaného odborníky na tepelné zpracování je nutné použít mikroskop na mikrořezech nebo zařízení pro měření mechanických vlastností kovu.

Tepelné zpracování oceli hraje obrovskou roli při vytváření všech vlastností hotových výrobků. Díky tomu se zvyšuje odolnost proti opotřebení a provozní pevnost dílů a v důsledku toho se zlepšuje provoz strojů nebo mechanismů. Také pomocí referenční knihy obsahující informace o tepelném zpracování oceli můžete objasnit vlastnosti a konstrukční schémata výrobků používaných v tepelných provozech.

Vedoucí obchodního oddělení

Aby ocel sloužila po dlouhou dobu a zvládala své úkoly, musí být podrobena určitému zpracování. Volba způsobu zpracování oceli závisí na oblasti, ve které bude ocel použita. Vyzdvihněme hlavní způsoby zpracování oceli: mechanické, laserové, soustružnické, tepelné, frézování, řezání, tlakové, broušení, vrtání. Podívejme se blíže na každý z uvedených způsobů.

Mechanické zpracování je způsob zpracování oceli mechanickým zásahem do její struktury. Pro mechanické zpracování oceli je zapotřebí speciální zařízení. Pomocí takového zpracování dostávají různé ocelové díly požadovaný tvar. Pro obrábění oceli existují tyto druhy práce: soustružení, frézování, řezání šroubů, vyvrtávání přípravků, horizontální vyvrtávání, odvalování ozubení atd. Nejběžnějším způsobem obrábění oceli je soustružení. K jejich realizaci potřebujete speciální vybavení – kovoobráběcí soustruhy. V procesu soustružení jsou z ocelového obrobku odříznuty nepotřebné vrstvy. Výsledkem soustružení je část požadovaného tvaru. Při soustružení se rozlišuje hrubovací soustružení a soustružení načisto. Hrubování je hrubší a je počáteční. Dokončovací ocel umožňuje získat konečný produkt.

Soustružení oceli se používá především pro práci s válcovými nebo kuželovými výrobky. Soustruhy se používají pro soustružnické operace. Soustružením se opracovávají vnější i vnitřní povrchy výrobků, obrábějí se drážky a otvory. Hlavním způsobem provádění soustružnických prací je soustružení. Soustružení se provádí na speciálních kovoobráběcích strojích. Frézovací zpracování.

Frézování se aktivně používá pro zpracování oceli. Existují speciální frézky umístěné horizontálně nebo vertikálně. Hlavním nástrojem je fréza. Fréza je nástroj s vysokorychlostními řeznými čepelemi. Metoda frézování je široce používána ve strojírenství. Tímto způsobem lze zpracovat jakýkoli ocelový výrobek. Dalším způsobem zpracování oceli je broušení. Broušení se používá k úpravě samotného povrchu a jeho vyhlazení.

Tepelné zpracování je změna fyzikálních vlastností oceli změnou její teploty. Díky tepelnému zpracování ocel získává vlastnosti jako tvrdost, zvýšenou odolnost proti nárazu, větší odolnost proti opotřebení. Tepelné zpracování oceli zahrnuje zahřátí oceli na určitou teplotu a následné ochlazení. To umožňuje změnit strukturu oceli, čímž dosáhnete požadovaných vlastností. Existují metody tepelného zpracování oceli jako je žíhání, kalení a popouštění. Žíhání je druh tepelného zpracování oceli, při kterém dochází k ohřevu na teplotu přesahující horní kritické body. Po zahřátí se ocel udržuje v tomto stavu až do úplného zahřátí a poté pomalu ochlazuje. Existují takové typy žíhání, jako je částečné žíhání a nízkoteplotní žíhání. Účelem žíhání je zvýšení plasticity a houževnatosti. Současně se ocel stává méně tvrdou.

Druhý způsob tepelného zpracování oceli, kalení, se od žíhání liší pouze tím, že k ochlazení dochází velmi rychle. Díky kalení ocel získává takové vlastnosti, jako je prokalitelnost a prokalitelnost. Prokalitelnost je charakterizována zvýšením tvrdosti oceli. Kalitelnost – vytvoření vytvrzené vrstvy, která přispívá k dosažení nejvyšší tvrdosti.

Kalení oceli zahrnuje její zahřátí na teplotu pod kritickými body. Po zahřátí se ocel udržuje a ochladí. Díky popouštění získává ocel vlastnosti jako tažnost a dobrá obrobitelnost. Existují takové typy temperování jako nízkoteplotní, středněteplotní a vysokoteplotní. V závislosti na metodě zpracování se některé vlastnosti oceli změní jedním nebo druhým směrem. Podívali jsme se na nejběžnější způsoby zpracování oceli. Tyto typy zpracování se používají jak samostatně, tak společně. Jde například o tzv. termomechanické zpracování oceli. Podstatou termomechanického způsobu zpracování oceli je kombinace tepelných a mechanických metod. Díky této syntéze je možné získat vysokopevnostní ocel, přičemž ocel bude mít dobrou tažnost a houževnatost. Díky zpracování můžeme dosáhnout těch vlastností oceli, které jsou v dané situaci nezbytné.