3.5.2.1 POVRCHOVÉ ÚPRAVY PLASTŮ
Součásti se chrání proti korozivnímu rozrušování povlaky z nátěrových hmot a z kovů
Povlak se nespojuje s plasty difuzní mezivrstvou, ale pouze vlivem přilnavosti povlaku k základnímu materiálu -> Dokonalost provedení a vhodnost volby přípravy povrchu základního materiálu je důležitější než u kovů
Povlak se nespojuje s plasty difuzní mezivrstvou, ale pouze vlivem přilnavosti povlaku k základnímu materiálu -> Dokonalost provedení a vhodnost volby přípravy povrchu základního materiálu je důležitější než u kovů
3.5.2.1.1 POVLAKY Z NÁTĚROVÝCH HMOT
Chrání součásti před škodlivým vlivem okolního prostředí
Zlepšuje jejich vzhled
Složení a způsoby nanášení odpovídají v podstatě dané ochraně u kovových součástí
Nátěry pro ochranu součástí z plastů mohou být:
a) Nepigmentové (upravené rostlinné oleje nebo roztoky olejů a pryskyřic v organických rozpouštědlech)
b) Pigmentové (obsahují filmotvorné a pigmentované látky, rozpouštědla a plniva)
Způsoby nanášení
Štětcem
Vznikají malé ztráty nátěrové hmoty
Malá produktivita -> Jen pro domalovávání detailů nebo při kusové výrobě
Stříkáním (stříkací pistolí)
Nátěrová hmota je na předmět vrhána působením stlačeného vzduchu
Vznikají velké ztráty prostřikem
Máčením (do lázně s nátěrovou hmotou)
Vytvářejí se nejčastěji podkladové povlaky, jimiž se dosahuje pouze jednotného barevného odstínu
Malé ztráty
Navalováním
Vytváří se povlaky z pomalu zasychajících materiálů na rovných velkých plochách plochách
Používají se k tomu rotující pryžové nebo plstěné válce
Stíráním
Na povrch součástí s vtlačeným vzorem (např. ciferníky hodin, číselníky telefonů, stupnice měřidel, odznaky) se nanese barva, která se z vyvýšených míst odstraňuje pryžovými nebo plstěnými stěrači
Potiskováním
Používá se tiskových strojů umožňující v rychlém sledu vytvořit různobarevné povlaky
Operace po nanesení nátěrové hmoty
Vytvořené povlaky se nechají:
a) Vyschnout
Suší se v sušárnách
b) Vypálit
Vypalují se ve vypalovacích pecích při teplotě, která odpovídá složení nátěrové hmoty a vlastnostem základního materiálu
Zlepšuje jejich vzhled
Složení a způsoby nanášení odpovídají v podstatě dané ochraně u kovových součástí
Nátěry pro ochranu součástí z plastů mohou být:
a) Nepigmentové (upravené rostlinné oleje nebo roztoky olejů a pryskyřic v organických rozpouštědlech)
b) Pigmentové (obsahují filmotvorné a pigmentované látky, rozpouštědla a plniva)
Způsoby nanášení
Štětcem
Vznikají malé ztráty nátěrové hmoty
Malá produktivita -> Jen pro domalovávání detailů nebo při kusové výrobě
Stříkáním (stříkací pistolí)
Nátěrová hmota je na předmět vrhána působením stlačeného vzduchu
Vznikají velké ztráty prostřikem
Máčením (do lázně s nátěrovou hmotou)
Vytvářejí se nejčastěji podkladové povlaky, jimiž se dosahuje pouze jednotného barevného odstínu
Malé ztráty
Navalováním
Vytváří se povlaky z pomalu zasychajících materiálů na rovných velkých plochách plochách
Používají se k tomu rotující pryžové nebo plstěné válce
Stíráním
Na povrch součástí s vtlačeným vzorem (např. ciferníky hodin, číselníky telefonů, stupnice měřidel, odznaky) se nanese barva, která se z vyvýšených míst odstraňuje pryžovými nebo plstěnými stěrači
Potiskováním
Používá se tiskových strojů umožňující v rychlém sledu vytvořit různobarevné povlaky
Operace po nanesení nátěrové hmoty
Vytvořené povlaky se nechají:
a) Vyschnout
Suší se v sušárnách
b) Vypálit
Vypalují se ve vypalovacích pecích při teplotě, která odpovídá složení nátěrové hmoty a vlastnostem základního materiálu
3.5.2.1.2 POVLAKY Z KOVŮ A SLITIN
Kovové povlaky na součástech z plastů
- Zlepšují fyzikální a chemické vlastnosti
- Chrání před škodlivými vlivy okolního prostředí (především, automobilový, elektrotechnický, hodinářský, hračkářský průmysl pro držadla, ozdobné masky, rámy reflektorů, ovládací tlačítka, štítky, kryty vysavačů, budíků, podstavce mixérů, šlehačů, nábytkových kování, armatur)
Chemické pokovování
Provádí se nejčastěji ponorem
Lze uplatit, téměř u všech plastů
Nejčastěji se vytváří povlaky ze stříbra, mědi a niklu
Vakuové pokovování
Používá se u materiálů, které nelze galvanicky pokovovat
Nejčastěji se tvoří povlaky z hliníku a mědi
Nehodí se pro plynující plasty a polyamidy
Metalizování
Uplatňuje se jako ochrana součástí z plastů, které snáší teplotu dopadajícího roztaveného kovu (většinou u vytvrditelných plastů)
Metalizováním se nanáší hliník, nikl, olovo, litina
Galvanické pokovování
Lze nanášet ochranné povlaky na součásti terpolymerů, některých polypropylenů a polysulfonů
Pokovovává se různými kovy do libovolných tlouštěk
Nutné dodržet podobné konstrukční zásady jako při galvanickém pokovování kovů (např. navržení vhodného tvaru)
Před pokovováním se připravený povrch (odmaštěním, neutralizací a leptáním) opatří vodivým povrchem ze stříbra, mědi nebo niklu
Pokovovává se:
- Vanovým způsobem (platí stejné zásady jako při pokovování kovového materiálu)
- Děrovaným bubnem s použitím zvonů s galvanickou lázní
- Zlepšují fyzikální a chemické vlastnosti
- Chrání před škodlivými vlivy okolního prostředí (především, automobilový, elektrotechnický, hodinářský, hračkářský průmysl pro držadla, ozdobné masky, rámy reflektorů, ovládací tlačítka, štítky, kryty vysavačů, budíků, podstavce mixérů, šlehačů, nábytkových kování, armatur)
Chemické pokovování
Provádí se nejčastěji ponorem
Lze uplatit, téměř u všech plastů
Nejčastěji se vytváří povlaky ze stříbra, mědi a niklu
Vakuové pokovování
Používá se u materiálů, které nelze galvanicky pokovovat
Nejčastěji se tvoří povlaky z hliníku a mědi
Nehodí se pro plynující plasty a polyamidy
Metalizování
Uplatňuje se jako ochrana součástí z plastů, které snáší teplotu dopadajícího roztaveného kovu (většinou u vytvrditelných plastů)
Metalizováním se nanáší hliník, nikl, olovo, litina
Galvanické pokovování
Lze nanášet ochranné povlaky na součásti terpolymerů, některých polypropylenů a polysulfonů
Pokovovává se různými kovy do libovolných tlouštěk
Nutné dodržet podobné konstrukční zásady jako při galvanickém pokovování kovů (např. navržení vhodného tvaru)
Před pokovováním se připravený povrch (odmaštěním, neutralizací a leptáním) opatří vodivým povrchem ze stříbra, mědi nebo niklu
Pokovovává se:
- Vanovým způsobem (platí stejné zásady jako při pokovování kovového materiálu)
- Děrovaným bubnem s použitím zvonů s galvanickou lázní
3.5.2.1.3 ANTISTATICKÁ ÚPRAVA PLASTŮ
Významná povrchová úprava plastů
Plasty vytváří a uchovávají elektrický náboje
Elektrický náboj
Vzniká během výroby i zpracování
Ztěžuje spřádání vláken
Přitahuje prach a znečistění povrchu součásti
Zhoršuje reprodukci
- Gramofonových desek
- Magnetických pásek (audio kazety, videokazety, pásky pro zálohování počítačových dat)
Elektrický výboj
Bývá příčinou požárů a výbuchů
Způsobuje rychlejší opotřebení součástí z plastů i pryže (ozónové proděravění pneumatik)
Látky odstraňující elektrostatické náboje se nazývají antistatika
Např.
- Anorganické soli
- Organokřemičité sloučeniny
- Organické sloučeniny
- Hydroxysloučeniny
Přidávají se jako složky při výrobě plastů nebo jsou obsaženy jen v povrchu součástí
Tvoření elektrostatického náboje lze omezit i přidáním antistatik do nátěrových hmot nebo i jiných látek chránící součásti z plastů před napadení korozí
Účinná antistatická úprava je nanesení kovových povlaků na zbotnalý povrch, např. prášků z oxidů (olova, cínu, iridia, sodíku, stříbra)
Většinou nezvyšuje chemickou stálost
Plasty vytváří a uchovávají elektrický náboje
Elektrický náboj
Vzniká během výroby i zpracování
Ztěžuje spřádání vláken
Přitahuje prach a znečistění povrchu součásti
Zhoršuje reprodukci
- Gramofonových desek
- Magnetických pásek (audio kazety, videokazety, pásky pro zálohování počítačových dat)
Elektrický výboj
Bývá příčinou požárů a výbuchů
Způsobuje rychlejší opotřebení součástí z plastů i pryže (ozónové proděravění pneumatik)
Látky odstraňující elektrostatické náboje se nazývají antistatika
Např.
- Anorganické soli
- Organokřemičité sloučeniny
- Organické sloučeniny
- Hydroxysloučeniny
Přidávají se jako složky při výrobě plastů nebo jsou obsaženy jen v povrchu součástí
Tvoření elektrostatického náboje lze omezit i přidáním antistatik do nátěrových hmot nebo i jiných látek chránící součásti z plastů před napadení korozí
Účinná antistatická úprava je nanesení kovových povlaků na zbotnalý povrch, např. prášků z oxidů (olova, cínu, iridia, sodíku, stříbra)
Většinou nezvyšuje chemickou stálost
3.5.2.2 POVRCHOVÉ ÚPRAVY OSTATNÍCH NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ
Užívá se obdobných technologií jako při povrchové úpravě kovů a plastů
Pokovování
Kovové povlaky chrání nekovové materiály před škodlivými vlivy okolního prostředí
Vytváří se:
A) Amalgamovaním
B) Metalizováním
Chrání se dřevo, kámen, kůže
C) Vakuovým pokovováním
Kovovými parami se vytváří ochranné povlaky na skle, papíru, vosku, kůži, tkaninách
Povlaky z nátěrových hmot
Lze jimi chránit většinu nekovových materiálů před korozivními účinky prostředí
Složí rovněž k zlepšení jejich vzhledu
Při nanášení nátěrových hmot (např. na sklo, dřevo, papír, keramiku) se uplatňují obdobné technologické zásady jako při aplikaci na kovy a plasty
Glazování
Vysušené porcelánové součásti se polévají glazurou
Glazura
Má podobné vlastnosti jako alkalické sklo
Chrání porcelánové součásti před působením vody
Po vyschnutí se součásti polité glazurou vypalují při teplotě až 1 500 °C
Impregnace tkanin
Impregnační vrstvy chrání tkaniny před působením vlhkosti (např. déšť)
Impregnuje se vrstvou technické pryže, která se po nanesení vulkanizuje za te
Pokovování
Kovové povlaky chrání nekovové materiály před škodlivými vlivy okolního prostředí
Vytváří se:
A) Amalgamovaním
B) Metalizováním
Chrání se dřevo, kámen, kůže
C) Vakuovým pokovováním
Kovovými parami se vytváří ochranné povlaky na skle, papíru, vosku, kůži, tkaninách
Povlaky z nátěrových hmot
Lze jimi chránit většinu nekovových materiálů před korozivními účinky prostředí
Složí rovněž k zlepšení jejich vzhledu
Při nanášení nátěrových hmot (např. na sklo, dřevo, papír, keramiku) se uplatňují obdobné technologické zásady jako při aplikaci na kovy a plasty
Glazování
Vysušené porcelánové součásti se polévají glazurou
Glazura
Má podobné vlastnosti jako alkalické sklo
Chrání porcelánové součásti před působením vody
Po vyschnutí se součásti polité glazurou vypalují při teplotě až 1 500 °C
Impregnace tkanin
Impregnační vrstvy chrání tkaniny před působením vlhkosti (např. déšť)
Impregnuje se vrstvou technické pryže, která se po nanesení vulkanizuje za te
3.6.1 ROVNOVÁŽNÝ DIAGRAM Fe - Fe 3 C
Jedná se o binární soustavu s eutektikem, s úplnou nerozpustí složky železa a omezenou rozpustností uhlíku
Popis diagramu
3.6.2 VÝZNAM A POUŽITÍ ROVNOVÁŽNÝCH DIAGRAMŮ
Zasahují do mnoha oblastí strojírenské technologie
Poskytují cenné informace, bez nichž by se výroba neobešla
- Týkají se jak výrobců (polotovarů) tak spotřebitelů (výrobci součástí a celků)
- Informace jsou potřeba jak v technických kancelářích, tak v technické kontrole, laboratořích, tak i na dílnách (např. v kalírnách)
Oblasti použití
1. Odlévání
Umožňuje určit pro dané složení materiálu vhodnou teplotu tavení a lití
Velké přehřátí není vhodné, protože se zvětšuje obsah pohlcených plynů
Při nízké teplotě lití:
Může docházet k nedokonalému vyplnění formy tekutým kovem
Nebezpečí vzniku povrchových trhlin na odlitcích
2. Tváření za tepla
Umožňuje určit vhodnou teplotu tváření s ohledem na obsah uhlíku v oceli
Tváření se má provádět v oblasti čistého austenitu -> pro využití dobré zpracovatelnosti za tepla
S rostoucím obsahem uhlíku, kde je mimo austenitu i sekundární cementit se zpracovatelnost ZHORŠUJE
Určuje horní a hlavně spodní kovací teplotu
Kovací teplota má vliv:
Struktura výkovků
Celkový počet ohřevů (jedno či více ohřátí)
Velikost odporu při tváření -> Velikost spotřebované práce
Velikost deformace
Stupeň prokování
3. Svařování
Pomáhají volit:
Teplotu svařování
Postup při svařování
Stanovení nejvhodnějšího režimu pro tepelné svařování celků
Především jde o snižování svarových pnutí a deformací
4. Tepelné zpracování
Nezbytná znalost
Určují se z nich teploty pro žíhání, cementování, kalení a popouštění
Metalografické sledování kovů a slitin určuje jaké strukturní fázi se materiál obsahuje a v jakém množství -> Vyhodnocení umožňuje posoudit správnost postupu pro tepelné zpracování -> Nedodržení zaviňuje změny ve vnitřní stavbě kovů a jejich slitin
Ze vzhledu mikrostruktury lze většinou určit:
Nevhodný ohřev či ochlazování
Vadu při předchozím tváření
Špatnou přípravu výchozí struktury žíhání
5. Obrábění
Výkony obráběčů kovů jsou závislé na jakosti používaných nástrojů a především na tepelném zpracování
Tepelné zpracování u nástrojů musí zajistit:
Dobrou prokalitelnost
Velkou tvrdost
Odolnost proti opotřebení
Stálost tvaru
Poskytují cenné informace, bez nichž by se výroba neobešla
- Týkají se jak výrobců (polotovarů) tak spotřebitelů (výrobci součástí a celků)
- Informace jsou potřeba jak v technických kancelářích, tak v technické kontrole, laboratořích, tak i na dílnách (např. v kalírnách)
Oblasti použití
1. Odlévání
Umožňuje určit pro dané složení materiálu vhodnou teplotu tavení a lití
Velké přehřátí není vhodné, protože se zvětšuje obsah pohlcených plynů
Při nízké teplotě lití:
Může docházet k nedokonalému vyplnění formy tekutým kovem
Nebezpečí vzniku povrchových trhlin na odlitcích
2. Tváření za tepla
Umožňuje určit vhodnou teplotu tváření s ohledem na obsah uhlíku v oceli
Tváření se má provádět v oblasti čistého austenitu -> pro využití dobré zpracovatelnosti za tepla
S rostoucím obsahem uhlíku, kde je mimo austenitu i sekundární cementit se zpracovatelnost ZHORŠUJE
Určuje horní a hlavně spodní kovací teplotu
Kovací teplota má vliv:
Struktura výkovků
Celkový počet ohřevů (jedno či více ohřátí)
Velikost odporu při tváření -> Velikost spotřebované práce
Velikost deformace
Stupeň prokování
3. Svařování
Pomáhají volit:
Teplotu svařování
Postup při svařování
Stanovení nejvhodnějšího režimu pro tepelné svařování celků
Především jde o snižování svarových pnutí a deformací
4. Tepelné zpracování
Nezbytná znalost
Určují se z nich teploty pro žíhání, cementování, kalení a popouštění
Metalografické sledování kovů a slitin určuje jaké strukturní fázi se materiál obsahuje a v jakém množství -> Vyhodnocení umožňuje posoudit správnost postupu pro tepelné zpracování -> Nedodržení zaviňuje změny ve vnitřní stavbě kovů a jejich slitin
Ze vzhledu mikrostruktury lze většinou určit:
Nevhodný ohřev či ochlazování
Vadu při předchozím tváření
Špatnou přípravu výchozí struktury žíhání
5. Obrábění
Výkony obráběčů kovů jsou závislé na jakosti používaných nástrojů a především na tepelném zpracování
Tepelné zpracování u nástrojů musí zajistit:
Dobrou prokalitelnost
Velkou tvrdost
Odolnost proti opotřebení
Stálost tvaru
3.6.4 VLIV LEGUJÍCÍCH PRVKŮ Fe - Fe3C
Vliv nejdůležitějších prvků na vlastnosti ocelí a litin
Nikl
Rozpustnost:
V železe g : Neomezená
V železe a : Částečná
Otevírá oblast g
U ocelí zvětšuje:
Houževnatost
Prokalitelnost
U nezušlechtěných zvyšuje pevnost
Legurou u korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí
V litině zjemňuje a zrovnoměrňuje strukturu
Mangan
Rozpustnost:
V železe g : Neomezená
V železe a : V malé míře
Otevírá oblast g
U ocelízvětšuje:
Prokalitelnost
Tvrdost
Pevnost
Legurou u korozivzdorných, žáropevných a odolných vůči opotřebení
V litině zvětšuje tekutost
Ve větším množství způsobuje zvýšení tvrdosti a křehkosti
Chrom
Rozpustnost:
V železe a : Neomezená
V železe g : Částečná
Uzavírá oblast g
Karbidotvorný
U ocelí zvětšuje:
Odolnost proti korozi
Žáruvzdornost
Prokalitelnost
Pevnostní vlastnosti
Odolnost proti opotřebení
V litině zvětšuje tvrdost
Křemík
Rozpustnost:
V železe a :Částečná
V železe g : Částečná
Uzavírá oblast g
Působí grafitizačně
Zvyšuje odolnost proti oxidaci i za zvýšených teplot
U ocelí zvyšuje:
Pevnostní vlastnosti
Prokalitelnost
U ocelí snižuje hysterezní ztráty
U litin zvětšuje:
Tekutost
Sklon k tvoření bublin a pórů v odlitku
U litin snižuje obsah uhlíku v eutektiku a eutektoidu
Molybden
Rozpustnost:
V železe a :Částečná
V železe g : Menší
Uzavírá oblast g
Silně karbidotvorný
U ocelí zvětšuje odolnost proti korozi a opotřebení
Vyvolává vytvrzení
V litině zvětšuje pevnost a zrovnoměrňuje strukturu
Wolfram
Rozpustnost:
V železe a : Částečná
V železe g : Částečná
Silně karbidotvorný
U ocelí zvětšuje:
Prokalitelnost
Odolnost proti ztrátě pevnosti při popouštění
Odolnost proti opotřebení
Žáruvzdornost
Vyvolává vytvrzení
Vanad
Rozpustnost:
V železe a : Neomezená
V železe g : Částečná
Uzavírá oblast g
Silně karbidotvorný
U ocelí zvětšuje:
Prokalitelnost
Odolnost proti ztrátě pevnosti při popouštění
Tvrdost
Žárupevnost
Vyvolává vytvrzení
Nikl
Rozpustnost:
V železe g : Neomezená
V železe a : Částečná
Otevírá oblast g
U ocelí zvětšuje:
Houževnatost
Prokalitelnost
U nezušlechtěných zvyšuje pevnost
Legurou u korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí
V litině zjemňuje a zrovnoměrňuje strukturu
Mangan
Rozpustnost:
V železe g : Neomezená
V železe a : V malé míře
Otevírá oblast g
U ocelízvětšuje:
Prokalitelnost
Tvrdost
Pevnost
Legurou u korozivzdorných, žáropevných a odolných vůči opotřebení
V litině zvětšuje tekutost
Ve větším množství způsobuje zvýšení tvrdosti a křehkosti
Chrom
Rozpustnost:
V železe a : Neomezená
V železe g : Částečná
Uzavírá oblast g
Karbidotvorný
U ocelí zvětšuje:
Odolnost proti korozi
Žáruvzdornost
Prokalitelnost
Pevnostní vlastnosti
Odolnost proti opotřebení
V litině zvětšuje tvrdost
Křemík
Rozpustnost:
V železe a :Částečná
V železe g : Částečná
Uzavírá oblast g
Působí grafitizačně
Zvyšuje odolnost proti oxidaci i za zvýšených teplot
U ocelí zvyšuje:
Pevnostní vlastnosti
Prokalitelnost
U ocelí snižuje hysterezní ztráty
U litin zvětšuje:
Tekutost
Sklon k tvoření bublin a pórů v odlitku
U litin snižuje obsah uhlíku v eutektiku a eutektoidu
Molybden
Rozpustnost:
V železe a :Částečná
V železe g : Menší
Uzavírá oblast g
Silně karbidotvorný
U ocelí zvětšuje odolnost proti korozi a opotřebení
Vyvolává vytvrzení
V litině zvětšuje pevnost a zrovnoměrňuje strukturu
Wolfram
Rozpustnost:
V železe a : Částečná
V železe g : Částečná
Silně karbidotvorný
U ocelí zvětšuje:
Prokalitelnost
Odolnost proti ztrátě pevnosti při popouštění
Odolnost proti opotřebení
Žáruvzdornost
Vyvolává vytvrzení
Vanad
Rozpustnost:
V železe a : Neomezená
V železe g : Částečná
Uzavírá oblast g
Silně karbidotvorný
U ocelí zvětšuje:
Prokalitelnost
Odolnost proti ztrátě pevnosti při popouštění
Tvrdost
Žárupevnost
Vyvolává vytvrzení
3.6.5 ZÁSADY PRO VOLBU TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ
V zásadě je nutné vždy posoudit následující hlediska:
- Požadované mechanické, technologické a jiné vlastnosti (např. fyzikální, drsnost povrchu) hotové součásti
- Technické dodací podmínky (dané buď normami nebo dodatečně sjednané)
- Dostupné zařízení pro tepelné zpracování
- Množství výrobků, které se budou tepelně zpracovávat
- Finanční náklady náklady na zvolený způsob tepelného zpracování
3.6.6 OHŘEV
Ohříváme-li slitinu, která nevykazuje alotropické přeměny, ale obsahuje segregát, dojde při překročení teploty ke zpětnému rozpuštění segregátu na tuhý roztok -> neproběhne okamžitě, ale vyžaduje čas, aby došlo k homogenizaci tuhého roztoku -> doba bude tím kratší čím víc překročíme segregační teplotu
U oceli s alotropickou přeměnou v tuhém stavu proběhne při ohřevu:
- Nad kritické teploty Ac1, Ac3 fázová přeměna, tzv. austenitizace -> při překročení teploty Ac1 dochází k přeměně perlitu na austenit
- V rozmezí teplot Ac1 a Ac3 k postupné přeměně feritu na austenit v souhlase s pákovým pravidlem a v závislosti na stoupající teplotě
Oba děje jsou závislé na difuzí a neproběhnou okamžitě, nýbrž v určitém časovém intervalu, který je kratší čím vyšší je překročení teploty fázové přeměny
Eutektoidní oceli
Vznikají při dosažení teploty Ac1 austenitická zrna na zárodcích z lamel perlitického feritu a cementitu, přičemž se cementit rozpouští ve vzniklém austenitu druhotně
Při malém překročení teploty Ac1 nebo při krátkých časech vzniká nehomogenní austenit dokonce ještě s nerozpustnými lamelami cementitu
Při značném překročení teploty Ac1 nebo při dlouhých časech vzniká homogenní austenit
Podeutektoidní oceli
Dochází nejprve k přeměně perlitu na nehomogenní austenit a teprve pak následuje přeměna feritu na austenit
Je zapotřebí značné překročení teploty Ac3 nebo dostatečně dlouhé výdrže na teplotě pro vznik homogenního austenitu
Nadeutektoidní oceli
Průběh přeměny je je obdobný jako u podeutektoidní oceli, jen s tím rozdílem:
Teplota Ac3 je nahrazená teplotou Acm
Ferit je nahrazen sekundárním austenitem
Legované oceli
Při austenitizaci po rozpuštění cementitu probíhá zpravidla ještě rozpouštění legovacích prvků
Po rozpuštění legovacích prvků vzniká homogenní austenit
U vysokolegovaných ocelí mohou být austenitizační teploty vyšší než u nelegovaných ocelí
Překrystalizací nebo rozpouštění segregátu však změny struktury nekončí
Dalším zvyšováním teploty a prodlužováním výdrže na teplotě dochází k růstu zrn -> Velký význam u ocelí
Když těsně po překrystalizaci vznikne jemnozrnný austenit, nastává při setrvání na teplotách nad Ac3 u:
- Hrubozrnné oceli: Rychlé zhrubnutí zrna
- Jemnozrnné oceli: K zhrubnutí zrna dochází až při podstatně vyšších teplotách
O jemnozrnnosti či hrubozrnnosti rozhoduje přirozená velikost austenitického zrna -> podstatně ovlivněná ocelářským pochodem při výrobě oceli, méně však tvářením za tepla, předchozím tepelným zpracováním
Velikost austenitického zrna
Stanoví se počtem zrn na ploše 0,5 mm2 při 100x zvětšení
Důležitá u legovaných ocelí -> velký vliv na některé vlastnosti
Čím hrubší tím:
- Horší obrobitelnost a tvárnost
- Vyšší tažnost, zúžení a houževnatost
- Nižší tvrdost, prokalitelnost, vnitřní pnutí
I jemnozrnnost může vést ke zhoršení některých vlastností (tvárnost, prokalitelnost)
U oceli s alotropickou přeměnou v tuhém stavu proběhne při ohřevu:
- Nad kritické teploty Ac1, Ac3 fázová přeměna, tzv. austenitizace -> při překročení teploty Ac1 dochází k přeměně perlitu na austenit
- V rozmezí teplot Ac1 a Ac3 k postupné přeměně feritu na austenit v souhlase s pákovým pravidlem a v závislosti na stoupající teplotě
Oba děje jsou závislé na difuzí a neproběhnou okamžitě, nýbrž v určitém časovém intervalu, který je kratší čím vyšší je překročení teploty fázové přeměny
Eutektoidní oceli
Vznikají při dosažení teploty Ac1 austenitická zrna na zárodcích z lamel perlitického feritu a cementitu, přičemž se cementit rozpouští ve vzniklém austenitu druhotně
Při malém překročení teploty Ac1 nebo při krátkých časech vzniká nehomogenní austenit dokonce ještě s nerozpustnými lamelami cementitu
Při značném překročení teploty Ac1 nebo při dlouhých časech vzniká homogenní austenit
Podeutektoidní oceli
Dochází nejprve k přeměně perlitu na nehomogenní austenit a teprve pak následuje přeměna feritu na austenit
Je zapotřebí značné překročení teploty Ac3 nebo dostatečně dlouhé výdrže na teplotě pro vznik homogenního austenitu
Nadeutektoidní oceli
Průběh přeměny je je obdobný jako u podeutektoidní oceli, jen s tím rozdílem:
Teplota Ac3 je nahrazená teplotou Acm
Ferit je nahrazen sekundárním austenitem
Legované oceli
Při austenitizaci po rozpuštění cementitu probíhá zpravidla ještě rozpouštění legovacích prvků
Po rozpuštění legovacích prvků vzniká homogenní austenit
U vysokolegovaných ocelí mohou být austenitizační teploty vyšší než u nelegovaných ocelí
Překrystalizací nebo rozpouštění segregátu však změny struktury nekončí
Dalším zvyšováním teploty a prodlužováním výdrže na teplotě dochází k růstu zrn -> Velký význam u ocelí
Když těsně po překrystalizaci vznikne jemnozrnný austenit, nastává při setrvání na teplotách nad Ac3 u:
- Hrubozrnné oceli: Rychlé zhrubnutí zrna
- Jemnozrnné oceli: K zhrubnutí zrna dochází až při podstatně vyšších teplotách
O jemnozrnnosti či hrubozrnnosti rozhoduje přirozená velikost austenitického zrna -> podstatně ovlivněná ocelářským pochodem při výrobě oceli, méně však tvářením za tepla, předchozím tepelným zpracováním
Velikost austenitického zrna
Stanoví se počtem zrn na ploše 0,5 mm2 při 100x zvětšení
Důležitá u legovaných ocelí -> velký vliv na některé vlastnosti
Čím hrubší tím:
- Horší obrobitelnost a tvárnost
- Vyšší tažnost, zúžení a houževnatost
- Nižší tvrdost, prokalitelnost, vnitřní pnutí
I jemnozrnnost může vést ke zhoršení některých vlastností (tvárnost, prokalitelnost)
3.6.7 OCHLAZOVÁNÍ
Ochlazovací rychlosti jsou v praxi větší než předpokládá rovnovážný diagram -> brždění difuzních pochodů -> slitiny se nachází v nestabilním stavu
Často uvádíme slitiny do nestabilního stavu pro jeho výhodné vlastnosti -> Při rychlosti ochlazování nad kritickou rychlostí lze potlačit difuzní pochody
Vliv rychlosti ochlazování na segregaci
Při normální teplotě se slitina skládá ze směsi a a b
Ohřejeme-li slitinu znovu nad segregační čáru a ponecháme-li ji na této teplotě dostatečně dlouho, vznikne tuhý roztok se všemi jeho vlastnostmi (houževnatost, tvárnost při malé pevnosti)
Pokud nyní prudce ochladíme tak, že potlačíme segregaci zachová se i za normální teploty tuhý roztok -> Roztok je nestabilní, protože obsahuje rozpuštěnou fázi b (podle diagramu je jí nasycen) -> Přesycený tuhý roztok, který má vlastnosti původního roztoku
Nejměkčí měď se získá: Po ohřevu na žíhací teplotu se prudce ochladí ve vodě
- Čistá technická měď obsahuje nepatrné množství nečistot, které při ochlazování vytvářejí segregáty -> Zvýšení tvrdosti
- Prudkým ochlazením jsme potlačili segregaci a dostali měď, která je přesyceným tuhým roztokem -> Malá pevnost a tvrdost, ale velká tvárnost
Vliv rychlosti ochlazování na rozpad austenitu
Rozpad austenitu má největší význam na kalení a zušlechťování ocelí
Kalit lze i některé neželezné slitiny u nichž je rovnovážný diagram podobný jako u oceli
- Chrom - mangan
- Měď - mangan
Rozpad austenitu lze realizovat dvěma způsoby
a) Izotermický rozpad austenitu: Slitina se ohřeje do oblasti austenitu, ponechá se na této teplotě tak dlouho, dokud neproběhne úplná austenitizace a pak se prudce ochladí (teoreticky nekonečně velkou ochlazovací rychlostí) na určitou teplotu, která se konstantně udržuje a sleduje se rozpad austenitu v závislosti na čase
b) Anizotermický rozpad austenitu: Slitina se z austenitizační teploty plynule ochlazuje (v praxi nejčastější) a sleduje se průběh rozpadu
Austenit je stabilní: Při teplotách nad Ac1
Austenit je nestabilní: Při nižších teplotách než Ac1 -> Může se rozpadat na nové fáze (které jsou při dané teplotě stabilnější)
Často uvádíme slitiny do nestabilního stavu pro jeho výhodné vlastnosti -> Při rychlosti ochlazování nad kritickou rychlostí lze potlačit difuzní pochody
Vliv rychlosti ochlazování na segregaci
Při normální teplotě se slitina skládá ze směsi a a b
Ohřejeme-li slitinu znovu nad segregační čáru a ponecháme-li ji na této teplotě dostatečně dlouho, vznikne tuhý roztok se všemi jeho vlastnostmi (houževnatost, tvárnost při malé pevnosti)
Pokud nyní prudce ochladíme tak, že potlačíme segregaci zachová se i za normální teploty tuhý roztok -> Roztok je nestabilní, protože obsahuje rozpuštěnou fázi b (podle diagramu je jí nasycen) -> Přesycený tuhý roztok, který má vlastnosti původního roztoku
Nejměkčí měď se získá: Po ohřevu na žíhací teplotu se prudce ochladí ve vodě
- Čistá technická měď obsahuje nepatrné množství nečistot, které při ochlazování vytvářejí segregáty -> Zvýšení tvrdosti
- Prudkým ochlazením jsme potlačili segregaci a dostali měď, která je přesyceným tuhým roztokem -> Malá pevnost a tvrdost, ale velká tvárnost
Vliv rychlosti ochlazování na rozpad austenitu
Rozpad austenitu má největší význam na kalení a zušlechťování ocelí
Kalit lze i některé neželezné slitiny u nichž je rovnovážný diagram podobný jako u oceli
- Chrom - mangan
- Měď - mangan
Rozpad austenitu lze realizovat dvěma způsoby
a) Izotermický rozpad austenitu: Slitina se ohřeje do oblasti austenitu, ponechá se na této teplotě tak dlouho, dokud neproběhne úplná austenitizace a pak se prudce ochladí (teoreticky nekonečně velkou ochlazovací rychlostí) na určitou teplotu, která se konstantně udržuje a sleduje se rozpad austenitu v závislosti na čase
b) Anizotermický rozpad austenitu: Slitina se z austenitizační teploty plynule ochlazuje (v praxi nejčastější) a sleduje se průběh rozpadu
Austenit je stabilní: Při teplotách nad Ac1
Austenit je nestabilní: Při nižších teplotách než Ac1 -> Může se rozpadat na nové fáze (které jsou při dané teplotě stabilnější)
3.6.8 ŽÍHÁNÍ
Žíhání je rovnoměrný ohřev součásti na žíhací teplotu (viz tabulka), setrvání po určitou dobu na teplotě a potom (někdy velmi) pomalé ochlazování
Rozdělení žíhání
Rozdělení žíhání
3.6.8.1 ŽÍHÁNÍ OCELÍ
1. Rekrystalizační žíhání
Slouží k odstranění deformovaných zrn a zpevnění způsobeného tvářením za studena za současného vzniku nových zrn bez znaků předchozí deformace a k obnovení plastické deformace
Používá se jako mezioperační žíhání během tváření za studena, obvykle u oceli s nízkým obsahem uhlíku
Jedná se o ohřev nad rekrystalizační teplotu (550 až 700 °C)
Výdrž na teplotě v závislosti na zpracovávaném polotovaru a technologickém zařízení od desítek sekund až několik hodin
Rychlost ochlazování není rozhodující
Teplota rekrystalizačního žíhání se volí v závislosti na stupni předchozí deformace a na původní požadované velikosti zrna (čím větší je stupeň předchozí deformace , tím nižší je rekrystalizační teplota, aby nedošlo k oxidaci povrchu -> žíhá se v ochranné atmosféře)
Při rekrystalizaci jde o regeneraci (obnovení, zotavení) deformovaných zrn beze změny krystalografické mřížky
U překrystalizace dochází ke změnám v krystalografické mřížce
Při malé deformaci oceli za studena s redukcí průřezu (zmenšení průřezu) o 5 až 10 % vede rekrystalizační žíhání zpravidla k nežádoucímu zhrubnutí zrna
- Pro obnovení původních tvárných vlastností použijeme normalizačního žíhání
V případech vícenásobného rekrystalizačního žíhání za sebou musíme musíme po určitém počtu cyklů použít normalizační žíhání
- S každým rekrystalizačním žíhání se zjemňuje zrno
- Klesne-li velikost zrna pod určitou hodnotu, zhorší se značně tvárnost oceli za studena
- Jev se vyskytuje např. u hlubokého tažení na více tahů (např. při výrobě ocelových nábojnic)
2. Žíhání k snížení pnutí
Použití: Ke snížení vnitřního pnutí, které vzniká např. při:
- Svařování
- Obrábění
- Tváření za tepla při dokončovacích teplotách v oblasti Ac3 a Ac1, po nerovnoměrném rychlém ochlazování na vzduchu
Ohřev je na teplotu 500 až 650 °C
Výdrž na teplotě je 1 až 10 hodin, podle velikosti a tvaru součásti
Pomalé chlazení v peci do teplot 250 až 300 °C
Dochlazuje se na vzduchu
Vzhledem k požadavku rovnoměrného je účelné použít pec s nucenou cirkulací atmosféry
3. Žíhání na měkko
Použití:Zejména u nástrojových a u některých konstrukčních legovaných ocelí
Účelem je dosažení nejnižší možné tvrdosti struktury, převážně s globulárními karbidy
a) Žíhání podeuktoidních ocelí
Ohřev na teplotu těsně pod Ac1
Dlouhodobá výdrž na teplotě (2 až 8 hodin i více dle druhu oceli)
Pomalé ochlazování v peci na teploty v rozmezí 450 až 550 °C s rychlostí ochlazování zpravidla menší než 50°C/hod
Dochlazuje se na vzduchu, pokud není požadavek na snížení vnitřních pnutí
Při žíhací teplotě se působením povrchového napětí lamely cementitu, popř. i jiných karbidů sbalí do kuliček -> Dostáváme globulární (zrnitý) perlit, který se vyznačuje:
- Dobrá obrobitelnost
- Výhodnost pro kalení, neboť usnadňuje před kalením dokonalé rozpuštění cementitu a vůbec karbidů v austenitu při ohřevu nad teplotu Ac3, popř. Ac1 -> Získá se homogenní austenit
b) Žíhání nadeutektoidních a některých legovaných ocelí s větším množstvím karbidů
Žíhá se při teplotě těsně nad Ac1 nebo těsně při teplotě Ac1
Částečná překrystalizace urychlí vytvoření globulárního cementitu
Rychlost ochlazování bývá nižší
4. Normalizační žíhání
Záleží v ohřevu na teplotě o 30 až 50°C vyšší než Ac3, popř Acm
Při dostatečně dlouhé výdrži na teplotě se dosáhne homogenního austenit
Ochlazování probíhá na klidném vzduchu
Vznikne poměrně jemnozrnná struktura s vyšší pevností
U tenkých součástí se může ve struktuře vyskytnout i bainit, popř. i martenzit
Tímto žíháním odstraníme nerovnosti struktury vzniklé předchozím tvářením při teplotách pod Ac3 nebo za studena, popř. litím (u odlitků)
Použití:Téměř vždy u výkovků a odlitků
Ochlazováním na vzduchu většinou vede ke vzniku vnitřních pnutí (nežádoucí u složitých výkovků a odlitků)
Rychlé ochlazování na vzduchu se provádí jen v oblasti rozpadu austenitu, tj. asi do 650°C
Další ochlazování probíhá již v peci
a) Základní žíhání
Probíhá za stejných podmínek jako žíhání normalizační, jen s tím rozdílem, že ochlazování se děje pomalu v peci rychlostí pod 200°C/hod, popř. jen kolem 50°C/hod u legovaných ocelí
U odlitků se volí ohřev o 80 °C nebo i více nad Ac3 -> Dosáhne:
- Zlepšení obrobitelnosti a tvárnosti
- Snížení tvrdosti a vnitřních pnutí
V důsledku pomalého ochlazování při přechodu přes překrystalizační interval je výsledná struktura hrubozrnější
b) Normalizační žíhání u vysokopevnostních ocelí
Lze získat jemné feritické zrno
Provádí se po skončení válcování
Postup:
- Vývalky ohřejeme nad teplotu A3 (do dolní oblasti austenitu)
- Po žíhání následuje pomalé ochlazování na vzduchu
K docílení jemnějšího zrna se přidává hliník, který ve formě nitridů blokuje růst austenitických zrn
- Současně přispívá k odolnosti proti stárnutí
- Místo hliníku můžeme použít titan nebo niob
U ocelí legovaných vanadem se projevuje i zpevnění, které je provázáno poklesem houževnatosti
Toto řízené válcování velikosti zrna však zvyšuje výrobní náklady, protože je výrobně obtížnější, přesto ekonomičtější
c) Žíhání s částečnou austenitizací
Ohřev na teplotu mezi Ac1 a Ac3
Výdrž na této teplotě k dosažení směsi austenitu a feritu
Ochlazování na klidném vzduchu nebo v peci
Dosáhne se částečného vyrovnání chemického složení v důsledku rozdílné difuzní rychlosti některých slitinových prvků v austenitu a ve feritu -> Zvýšení houževnatosti
5. Izotermické žíhání
Slouží ke stejnému účelu jako žíhání základní či na měkko
Hospodárnější, protože jsou kratší žíhací doby
Austenitizační teplota je těsně nad Ac3, popř Ac1
Krátká vydrž na teplotě, aby vzniklé austenitické zrno bylo co nejmenší -> nejkratší časy izotermického rozpadu
Volbou teploty izotermického rozpadu austenitu zároveň určujeme výslednou strukturu -> hrubost vzniklého perlitu
Velmi důležitá je rychlost ochlazování na teplotu izotermického rozpadu
Čím více se bude postup lišit od izotermického průběhu, tím více se bude skutečný průběh blížit k anizotermickému rozpadu, včetně značného posunu počátku rozpadu k delším časům a k podstatně delším dobám vůbec
Pro úplné využití výhod je nutné, aby co nejvíc odpovídalo izotermickému procesu, protože čistě izotermický pochod je velmi obtížný, jsou zpravidla doby rozpadu až o 200% delší než odpovídá diagramu IRA
Nehodí se pro výše legované oceli
Použití:Střední velikost součástí z nelegovaných a hlavně nízkolegovaných ocelí
Slouží k odstranění deformovaných zrn a zpevnění způsobeného tvářením za studena za současného vzniku nových zrn bez znaků předchozí deformace a k obnovení plastické deformace
Používá se jako mezioperační žíhání během tváření za studena, obvykle u oceli s nízkým obsahem uhlíku
Jedná se o ohřev nad rekrystalizační teplotu (550 až 700 °C)
Výdrž na teplotě v závislosti na zpracovávaném polotovaru a technologickém zařízení od desítek sekund až několik hodin
Rychlost ochlazování není rozhodující
Teplota rekrystalizačního žíhání se volí v závislosti na stupni předchozí deformace a na původní požadované velikosti zrna (čím větší je stupeň předchozí deformace , tím nižší je rekrystalizační teplota, aby nedošlo k oxidaci povrchu -> žíhá se v ochranné atmosféře)
Při rekrystalizaci jde o regeneraci (obnovení, zotavení) deformovaných zrn beze změny krystalografické mřížky
U překrystalizace dochází ke změnám v krystalografické mřížce
Při malé deformaci oceli za studena s redukcí průřezu (zmenšení průřezu) o 5 až 10 % vede rekrystalizační žíhání zpravidla k nežádoucímu zhrubnutí zrna
- Pro obnovení původních tvárných vlastností použijeme normalizačního žíhání
V případech vícenásobného rekrystalizačního žíhání za sebou musíme musíme po určitém počtu cyklů použít normalizační žíhání
- S každým rekrystalizačním žíhání se zjemňuje zrno
- Klesne-li velikost zrna pod určitou hodnotu, zhorší se značně tvárnost oceli za studena
- Jev se vyskytuje např. u hlubokého tažení na více tahů (např. při výrobě ocelových nábojnic)
2. Žíhání k snížení pnutí
Použití: Ke snížení vnitřního pnutí, které vzniká např. při:
- Svařování
- Obrábění
- Tváření za tepla při dokončovacích teplotách v oblasti Ac3 a Ac1, po nerovnoměrném rychlém ochlazování na vzduchu
Ohřev je na teplotu 500 až 650 °C
Výdrž na teplotě je 1 až 10 hodin, podle velikosti a tvaru součásti
Pomalé chlazení v peci do teplot 250 až 300 °C
Dochlazuje se na vzduchu
Vzhledem k požadavku rovnoměrného je účelné použít pec s nucenou cirkulací atmosféry
3. Žíhání na měkko
Použití:Zejména u nástrojových a u některých konstrukčních legovaných ocelí
Účelem je dosažení nejnižší možné tvrdosti struktury, převážně s globulárními karbidy
a) Žíhání podeuktoidních ocelí
Ohřev na teplotu těsně pod Ac1
Dlouhodobá výdrž na teplotě (2 až 8 hodin i více dle druhu oceli)
Pomalé ochlazování v peci na teploty v rozmezí 450 až 550 °C s rychlostí ochlazování zpravidla menší než 50°C/hod
Dochlazuje se na vzduchu, pokud není požadavek na snížení vnitřních pnutí
Při žíhací teplotě se působením povrchového napětí lamely cementitu, popř. i jiných karbidů sbalí do kuliček -> Dostáváme globulární (zrnitý) perlit, který se vyznačuje:
- Dobrá obrobitelnost
- Výhodnost pro kalení, neboť usnadňuje před kalením dokonalé rozpuštění cementitu a vůbec karbidů v austenitu při ohřevu nad teplotu Ac3, popř. Ac1 -> Získá se homogenní austenit
b) Žíhání nadeutektoidních a některých legovaných ocelí s větším množstvím karbidů
Žíhá se při teplotě těsně nad Ac1 nebo těsně při teplotě Ac1
Částečná překrystalizace urychlí vytvoření globulárního cementitu
Rychlost ochlazování bývá nižší
4. Normalizační žíhání
Záleží v ohřevu na teplotě o 30 až 50°C vyšší než Ac3, popř Acm
Při dostatečně dlouhé výdrži na teplotě se dosáhne homogenního austenit
Ochlazování probíhá na klidném vzduchu
Vznikne poměrně jemnozrnná struktura s vyšší pevností
U tenkých součástí se může ve struktuře vyskytnout i bainit, popř. i martenzit
Tímto žíháním odstraníme nerovnosti struktury vzniklé předchozím tvářením při teplotách pod Ac3 nebo za studena, popř. litím (u odlitků)
Použití:Téměř vždy u výkovků a odlitků
Ochlazováním na vzduchu většinou vede ke vzniku vnitřních pnutí (nežádoucí u složitých výkovků a odlitků)
Rychlé ochlazování na vzduchu se provádí jen v oblasti rozpadu austenitu, tj. asi do 650°C
Další ochlazování probíhá již v peci
a) Základní žíhání
Probíhá za stejných podmínek jako žíhání normalizační, jen s tím rozdílem, že ochlazování se děje pomalu v peci rychlostí pod 200°C/hod, popř. jen kolem 50°C/hod u legovaných ocelí
U odlitků se volí ohřev o 80 °C nebo i více nad Ac3 -> Dosáhne:
- Zlepšení obrobitelnosti a tvárnosti
- Snížení tvrdosti a vnitřních pnutí
V důsledku pomalého ochlazování při přechodu přes překrystalizační interval je výsledná struktura hrubozrnější
b) Normalizační žíhání u vysokopevnostních ocelí
Lze získat jemné feritické zrno
Provádí se po skončení válcování
Postup:
- Vývalky ohřejeme nad teplotu A3 (do dolní oblasti austenitu)
- Po žíhání následuje pomalé ochlazování na vzduchu
K docílení jemnějšího zrna se přidává hliník, který ve formě nitridů blokuje růst austenitických zrn
- Současně přispívá k odolnosti proti stárnutí
- Místo hliníku můžeme použít titan nebo niob
U ocelí legovaných vanadem se projevuje i zpevnění, které je provázáno poklesem houževnatosti
Toto řízené válcování velikosti zrna však zvyšuje výrobní náklady, protože je výrobně obtížnější, přesto ekonomičtější
c) Žíhání s částečnou austenitizací
Ohřev na teplotu mezi Ac1 a Ac3
Výdrž na této teplotě k dosažení směsi austenitu a feritu
Ochlazování na klidném vzduchu nebo v peci
Dosáhne se částečného vyrovnání chemického složení v důsledku rozdílné difuzní rychlosti některých slitinových prvků v austenitu a ve feritu -> Zvýšení houževnatosti
5. Izotermické žíhání
Slouží ke stejnému účelu jako žíhání základní či na měkko
Hospodárnější, protože jsou kratší žíhací doby
Austenitizační teplota je těsně nad Ac3, popř Ac1
Krátká vydrž na teplotě, aby vzniklé austenitické zrno bylo co nejmenší -> nejkratší časy izotermického rozpadu
Volbou teploty izotermického rozpadu austenitu zároveň určujeme výslednou strukturu -> hrubost vzniklého perlitu
Velmi důležitá je rychlost ochlazování na teplotu izotermického rozpadu
Čím více se bude postup lišit od izotermického průběhu, tím více se bude skutečný průběh blížit k anizotermickému rozpadu, včetně značného posunu počátku rozpadu k delším časům a k podstatně delším dobám vůbec
Pro úplné využití výhod je nutné, aby co nejvíc odpovídalo izotermickému procesu, protože čistě izotermický pochod je velmi obtížný, jsou zpravidla doby rozpadu až o 200% delší než odpovídá diagramu IRA
Nehodí se pro výše legované oceli
Použití:Střední velikost součástí z nelegovaných a hlavně nízkolegovaných ocelí
3.6.8.2 ŽÍHÁNÍ LITIN
Užíváme stejné způsoby jako u ocelí
1. Žíhání ke snížení vnitřního pnutí
Použití:U odlitků ze šedé litiny
Záleží na pomalém ohřevu (šedá litina je křehká a citlivá na rychlé změny teploty)
Ohřívá se rychlostí 100°C/hod na teplotu 550°C,
Výdrž na teplotě až 8 hod (podle složitosti odlitku a požadavku na stupeň snížení vnitřního pnutí)
Následuje pomalé ochlazování rychlostí 25 až 75 °C/hod v peci na teploty 150 až 250 °C, z které odlitky dále ochlazujeme již na vzduchu
Tímto způsobem nahrazujeme dnes dřívější stárnutí litiny (lépe řečeno snížení vnitřního pnutí) na volném prostranství, které někdy trvalo až 2 roky podle požadavků na stálost odlitků (např.lože přesných brusek)
2. Žíhání ke zmenšení tvrdosti (feritizační žíhání)
Podobné ke žíhání na měkko u ocelí
Vede k dosažení nejmenší tvrdosti
Žíhací teploty bývají obvykle 600 °C
Výdrž na teplotě 2 až 8 a následuje pomalé ochlazování v peci
Je-li v litině přítomen cementit, volíme vyšší teploty, kolem 850 °C s výdrží až 4 hod
- Následuje pomalé ochlazování v peci na teplotu kolem 600 °C při níž se odlitek ponechá 4 až 12 hodin
- Následuje opět pomalé ochlazení v peci
3. Normalizační žíhání
Ke zvýšení pevnosti -> Vznik perliticko-grafitické struktury
Struktura se vyznačuje vyšší tvrdostí v důsledku přítomnosti tvrdšího perlitu
Lze použít jen u menších odlitků, protože může být vyšší rychlost ochlazování
4. Temperování litiny
Dlouhodobé žíhání odlitků z bílé litiny za teplot 930 až 1 000 °C
Cementit se rozloží na ferit a tzv. temperový uhlík (vločkový grafit)
Žíhá se:
a) Bez oduhličení - Veškerý uhlík zůstane v litině a vznikne černý lom
b) V oxidační atmosféře s oduhličením - Obsah uhlíku se sníží (v povrchových vrstvách až na 0) a vznikne bílý lom
1. Žíhání ke snížení vnitřního pnutí
Použití:U odlitků ze šedé litiny
Záleží na pomalém ohřevu (šedá litina je křehká a citlivá na rychlé změny teploty)
Ohřívá se rychlostí 100°C/hod na teplotu 550°C,
Výdrž na teplotě až 8 hod (podle složitosti odlitku a požadavku na stupeň snížení vnitřního pnutí)
Následuje pomalé ochlazování rychlostí 25 až 75 °C/hod v peci na teploty 150 až 250 °C, z které odlitky dále ochlazujeme již na vzduchu
Tímto způsobem nahrazujeme dnes dřívější stárnutí litiny (lépe řečeno snížení vnitřního pnutí) na volném prostranství, které někdy trvalo až 2 roky podle požadavků na stálost odlitků (např.lože přesných brusek)
2. Žíhání ke zmenšení tvrdosti (feritizační žíhání)
Podobné ke žíhání na měkko u ocelí
Vede k dosažení nejmenší tvrdosti
Žíhací teploty bývají obvykle 600 °C
Výdrž na teplotě 2 až 8 a následuje pomalé ochlazování v peci
Je-li v litině přítomen cementit, volíme vyšší teploty, kolem 850 °C s výdrží až 4 hod
- Následuje pomalé ochlazování v peci na teplotu kolem 600 °C při níž se odlitek ponechá 4 až 12 hodin
- Následuje opět pomalé ochlazení v peci
3. Normalizační žíhání
Ke zvýšení pevnosti -> Vznik perliticko-grafitické struktury
Struktura se vyznačuje vyšší tvrdostí v důsledku přítomnosti tvrdšího perlitu
Lze použít jen u menších odlitků, protože může být vyšší rychlost ochlazování
4. Temperování litiny
Dlouhodobé žíhání odlitků z bílé litiny za teplot 930 až 1 000 °C
Cementit se rozloží na ferit a tzv. temperový uhlík (vločkový grafit)
Žíhá se:
a) Bez oduhličení - Veškerý uhlík zůstane v litině a vznikne černý lom
b) V oxidační atmosféře s oduhličením - Obsah uhlíku se sníží (v povrchových vrstvách až na 0) a vznikne bílý lom
3.6.8.3 ŽÍHÁNÍ NEŽELEZNÝCH KOVŮ
V úvahu přichází hlavně rekrystalizační žíhání pro obnovení tvárných vlastností po předchozí deformaci za studena
Někdy se užívá žíhání ke snížení vnitřních pnutí
- Teploty jsou nižší než rekrystalizační
- Mechanické vlastnosti podstatně nemění
Častěji se užívá homogenizační žíhání pro vyrovnání chemické nestejnorodosti, zejména u odlitků
Rekristalizační teploty
Někdy se užívá žíhání ke snížení vnitřních pnutí
- Teploty jsou nižší než rekrystalizační
- Mechanické vlastnosti podstatně nemění
Častěji se užívá homogenizační žíhání pro vyrovnání chemické nestejnorodosti, zejména u odlitků
Rekristalizační teploty
3.6.9.1 KALITELNOST – PROKALITELNOST
1. Kalitelnost
Někdy se nazývá zakalitelnost
Jedná se o schopnost oceli dosáhnout kalneím zvýšení tvrdosti
Nejvyšší dosažitelná tvrdost oceli po kalení závisí především na obsahu uhlíku
Ocel s 50% martenzitu ve středu součásti se považuje za zakalnou (v praxi), hlavně u konstrukčních ocelí
Při nízkém obsahu uhlíku se nedosáhne vysoké tvrdosti
Dobře kalitelné oceli: Nelegované oceli obsahující více než 0,35% uhlíku
Nezakalitelné oceli: Nelegované oceli s méně než 0,2% uhlíku
U legovaných ocelí: Hranice obsahu uhlíku posunuta k nižším hodnotám
- Tvrdost martenzitu již mnoho nestoupá, zvyšuje-li se obsah uhlíku nad eutektoidní obsah (nad 0,8 C)
- Nejvyšší tvrdost martenzitu bývá 950 HV/66 HRC
- Ostatní prvky mají na tvrdost po kalení jen nepatrný vliv, pouze prvky karbidotvorné (chrom,
wolfram) mohou přispívat ke zvýšení tvdrosti
2. Prokalitelnost
Schopnost oceli dosáhnout po kalení v určité hloubce pod povrchem tvrdosti odpovídající kalitelnosti dané oceli při 50% martenzitu ve struktuře
Závisí na tvaru diagramu ARA (čím bude delší inkubační doba, tím větší hloubky zakalené vrstvy dostaneme při stejné rychlosti ochlazení ->Rychlost ochlazování předmětu na jeho povrchu je dána kalicím prostředím jak rychle je schopno odnímat teplo z jeho povrchu a naproti je rychlost ochlazování uvnitř průřezuv určitých vzdálenostech od povrchu dány teplotní vodivostí oceli a teplotním rozdílem mezi daným místem a povrchem)
Na tvar digramu ARA mají velký vliv legovací prvky -> budou určovat prokalitelnost oceli
Veškeré prvky, s vyjímkou kobaltu, které se v austenitu rozpouští, zpomalují jeho rozpad, prodlužují inkubační dobu a posunují rozpadové křivky doprava k delším časům -> Snižují kritickou rychlost ochlazování
Legovanou ocel volíme zpravidla tam, kde potřebujeme prokalit větší průřezy než dovoluje nelegovaná ocel, která umožňuje prokalit průřez 25 až 30 mm při kalení do vody
Na prokalitelnost má ještě značný vliv velikosti austenitického zrna
- Čím bude zrno jemnější, tím bude vyšší kritická rychlost ochlazování
- Prokalitelnost nelze zvětšovat zvětšováním velikosti zrna, protože by se zhoršily mechanické vlastnost, zejména vrubová houževnatost
Někdy se nazývá zakalitelnost
Jedná se o schopnost oceli dosáhnout kalneím zvýšení tvrdosti
Nejvyšší dosažitelná tvrdost oceli po kalení závisí především na obsahu uhlíku
Ocel s 50% martenzitu ve středu součásti se považuje za zakalnou (v praxi), hlavně u konstrukčních ocelí
Při nízkém obsahu uhlíku se nedosáhne vysoké tvrdosti
Dobře kalitelné oceli: Nelegované oceli obsahující více než 0,35% uhlíku
Nezakalitelné oceli: Nelegované oceli s méně než 0,2% uhlíku
U legovaných ocelí: Hranice obsahu uhlíku posunuta k nižším hodnotám
- Tvrdost martenzitu již mnoho nestoupá, zvyšuje-li se obsah uhlíku nad eutektoidní obsah (nad 0,8 C)
- Nejvyšší tvrdost martenzitu bývá 950 HV/66 HRC
- Ostatní prvky mají na tvrdost po kalení jen nepatrný vliv, pouze prvky karbidotvorné (chrom,
wolfram) mohou přispívat ke zvýšení tvdrosti
2. Prokalitelnost
Schopnost oceli dosáhnout po kalení v určité hloubce pod povrchem tvrdosti odpovídající kalitelnosti dané oceli při 50% martenzitu ve struktuře
Závisí na tvaru diagramu ARA (čím bude delší inkubační doba, tím větší hloubky zakalené vrstvy dostaneme při stejné rychlosti ochlazení ->Rychlost ochlazování předmětu na jeho povrchu je dána kalicím prostředím jak rychle je schopno odnímat teplo z jeho povrchu a naproti je rychlost ochlazování uvnitř průřezuv určitých vzdálenostech od povrchu dány teplotní vodivostí oceli a teplotním rozdílem mezi daným místem a povrchem)
Na tvar digramu ARA mají velký vliv legovací prvky -> budou určovat prokalitelnost oceli
Veškeré prvky, s vyjímkou kobaltu, které se v austenitu rozpouští, zpomalují jeho rozpad, prodlužují inkubační dobu a posunují rozpadové křivky doprava k delším časům -> Snižují kritickou rychlost ochlazování
Legovanou ocel volíme zpravidla tam, kde potřebujeme prokalit větší průřezy než dovoluje nelegovaná ocel, která umožňuje prokalit průřez 25 až 30 mm při kalení do vody
Na prokalitelnost má ještě značný vliv velikosti austenitického zrna
- Čím bude zrno jemnější, tím bude vyšší kritická rychlost ochlazování
- Prokalitelnost nelze zvětšovat zvětšováním velikosti zrna, protože by se zhoršily mechanické vlastnost, zejména vrubová houževnatost
3.6.9.2 KALICÍ PROSTŘEDÍ
Ocel musíme ochlazovat kritickou rychlostí
Mala prokalitelnost oceli
To jsou oceli s krátkou inkubační dobou podle diagramu ARA se musí kalit v intenzivněji působícím prostředí dávající vyšší ochlazovací rychlost (voda, vodní roztoky, vodní sprcha)
Větší prokalitelnost oceli
Postačí kalicí prostředí působící méně intenzivně (olej, vzduch)
Při velké rychlosti ochlazování vzniká totiž velký teplotní rozdíl mezi povrchem a jádrem součásti -> vznik tepelných pnutí, která se přičítají k pnutí způsobených martenzitickou přeměnou -> Výsledné pnutí by způsobilo deformaci či prasknutí součásti
Volíme rychlosti jen o mále o větší než jsou kritické rychlosti
Charakteristika jednotlivých kalicích prostředí
1. Voda
Nejstarší a velmi účinné kalicí prostředí
Bereme její ochlazovací schopnost za základ, je-li její teplota 20 °C
Ochlazování neprobíhá plynule
Po ponoření ohřáté součásti se kolem ní okamžitě vytvoří parní polštář, který zpomaluje ochlazování -> v tomto stádiu není rychlost největší
Po ochlazení asi na 400 °C se parní polštář poruší a nastává intenzivní ochlazování varem vody
Při poklesu teploty k bodu varu se opět rychlost ochlazování sníží
Parní polštář lze snížit pohybem vody
Největší účinnost má vodní sprcha
Zvyšujeme-li teplotu vody snižujeme rychlost ochlazení
Kalicí účinek vody lze zvýšit přidáním látek, které zvyšují teplotu varu lázně nebo naopak snížit přísadou olejů, mýdla, vodní sklo -> Nikdy se o moc nezmění rychlost ochlazování právě v oblasti martenzitické přeměny, kdy je žádoucí malá rychlost ochlazování pro zmenšení pnutí
Kalení do vody je spojeno se vznikem velkého vnitřního pnutí
Použití:
Předměty z nelegovaných ocelí
Větší součásti z nízkolegovaných ocelí
2. Oleje
Mnohem mírnější kalicí prostředí
Ochlazování v nich probíhá podobně jako u vody, jen s tím rozdílem, že se parní film dříve poruší a maxima ochlazovacích rychlostí leží kolem 500°C
V oblasti martenzitické přeměny bývá rychlost ochlazování 10x menší
Použití:
Součásti z legovaných ocelí
Drobnější součásti z ocelí nelegovaných
Převážně se užívá minerálních olejů, zejména pro jejich tekutost (viskozitu)
Olejové kalicí lázně musí být ohřáty zpravidla na 50°C
Olej musí být:
Čistý
Čirý
Řídký
Za provozu olej stárne v důsledku oxidace, uhelnatění, pryskyřičnatění, znečišťování okujemi, prachem -> Po znehodnocení se musí vyměnit
3. Roztavené solné lázně
Plynulé ochlazování
Rychlost ochlazování bude v prvním stádiu vyšší a bude postupně klesat s klesajícím teplotním rozdílem mezi předmětem a lázní
Bude-li solná lázeň ochlazovat z počátku rychleji než olej, však v oblasti martenzitické přeměny již pomaleji -> nejmenší vnitřní pnutí
4. Roztavené kovové lázně
Např. olovo
Používají se jen ve vyjimečných případech
Mají podobné vlastnosti jako solné lázně
5. Vzduch
Použití: Pro hluboce prokalitelné (samokalitelné) oceli (např. některé druhy rychlořezných ocelí)
Ke zvýšení ochlazovacího účinku se vzduch obvykle dmýchá pod tlakem asi 10 kPa, aby byl kalený předmět ze všech stran stejnoměrně ochlazován
Vnitřní pnutí je velmi malé (malé rozdíly teplot na povrchu a v jádře součásti)
Nevýhoda: Nebezpečí oduhličení -> Použití: na kalení rozměrných předmětů (např. zápustek), drobné a střední součásti se kalí většinou termálně
Způsoby ponořování do kalicích prostředí
MUSÍME dodržet tři základní pravidla
Kalit ve směru osy
Kalíme vždy hmotnější stranu napřed
Kalíme za pohybu kaleným obrobkem nebo ochlazovací lázní
Obrobky s jednostrannými otevřenými dutinami (s neprůchozími dírami) se do ochlazovací lázně ponořují, tak, aby vstup do díry byl nahoře->Možnost unikání par
Chladící účinek zvyšujeme pohybem lázně (vodní sprcha) nebo pohybem kaleného obrobku v lázni
- Pohyb musí být klidný, aby ochlazování celého předmětu bylo rovnoměrné -> vznikalo by velké vnitřní pnutí -> Možnost poškození (deformace, prasknutí) -> Předměty, které se musí chránit před velkým vnitřním pnutím se kalí termálně nebo izotermicky
Mala prokalitelnost oceli
To jsou oceli s krátkou inkubační dobou podle diagramu ARA se musí kalit v intenzivněji působícím prostředí dávající vyšší ochlazovací rychlost (voda, vodní roztoky, vodní sprcha)
Větší prokalitelnost oceli
Postačí kalicí prostředí působící méně intenzivně (olej, vzduch)
Při velké rychlosti ochlazování vzniká totiž velký teplotní rozdíl mezi povrchem a jádrem součásti -> vznik tepelných pnutí, která se přičítají k pnutí způsobených martenzitickou přeměnou -> Výsledné pnutí by způsobilo deformaci či prasknutí součásti
Volíme rychlosti jen o mále o větší než jsou kritické rychlosti
Charakteristika jednotlivých kalicích prostředí
1. Voda
Nejstarší a velmi účinné kalicí prostředí
Bereme její ochlazovací schopnost za základ, je-li její teplota 20 °C
Ochlazování neprobíhá plynule
Po ponoření ohřáté součásti se kolem ní okamžitě vytvoří parní polštář, který zpomaluje ochlazování -> v tomto stádiu není rychlost největší
Po ochlazení asi na 400 °C se parní polštář poruší a nastává intenzivní ochlazování varem vody
Při poklesu teploty k bodu varu se opět rychlost ochlazování sníží
Parní polštář lze snížit pohybem vody
Největší účinnost má vodní sprcha
Zvyšujeme-li teplotu vody snižujeme rychlost ochlazení
Kalicí účinek vody lze zvýšit přidáním látek, které zvyšují teplotu varu lázně nebo naopak snížit přísadou olejů, mýdla, vodní sklo -> Nikdy se o moc nezmění rychlost ochlazování právě v oblasti martenzitické přeměny, kdy je žádoucí malá rychlost ochlazování pro zmenšení pnutí
Kalení do vody je spojeno se vznikem velkého vnitřního pnutí
Použití:
Předměty z nelegovaných ocelí
Větší součásti z nízkolegovaných ocelí
2. Oleje
Mnohem mírnější kalicí prostředí
Ochlazování v nich probíhá podobně jako u vody, jen s tím rozdílem, že se parní film dříve poruší a maxima ochlazovacích rychlostí leží kolem 500°C
V oblasti martenzitické přeměny bývá rychlost ochlazování 10x menší
Použití:
Součásti z legovaných ocelí
Drobnější součásti z ocelí nelegovaných
Převážně se užívá minerálních olejů, zejména pro jejich tekutost (viskozitu)
Olejové kalicí lázně musí být ohřáty zpravidla na 50°C
Olej musí být:
Čistý
Čirý
Řídký
Za provozu olej stárne v důsledku oxidace, uhelnatění, pryskyřičnatění, znečišťování okujemi, prachem -> Po znehodnocení se musí vyměnit
3. Roztavené solné lázně
Plynulé ochlazování
Rychlost ochlazování bude v prvním stádiu vyšší a bude postupně klesat s klesajícím teplotním rozdílem mezi předmětem a lázní
Bude-li solná lázeň ochlazovat z počátku rychleji než olej, však v oblasti martenzitické přeměny již pomaleji -> nejmenší vnitřní pnutí
4. Roztavené kovové lázně
Např. olovo
Používají se jen ve vyjimečných případech
Mají podobné vlastnosti jako solné lázně
5. Vzduch
Použití: Pro hluboce prokalitelné (samokalitelné) oceli (např. některé druhy rychlořezných ocelí)
Ke zvýšení ochlazovacího účinku se vzduch obvykle dmýchá pod tlakem asi 10 kPa, aby byl kalený předmět ze všech stran stejnoměrně ochlazován
Vnitřní pnutí je velmi malé (malé rozdíly teplot na povrchu a v jádře součásti)
Nevýhoda: Nebezpečí oduhličení -> Použití: na kalení rozměrných předmětů (např. zápustek), drobné a střední součásti se kalí většinou termálně
Způsoby ponořování do kalicích prostředí
MUSÍME dodržet tři základní pravidla
Kalit ve směru osy
Kalíme vždy hmotnější stranu napřed
Kalíme za pohybu kaleným obrobkem nebo ochlazovací lázní
Obrobky s jednostrannými otevřenými dutinami (s neprůchozími dírami) se do ochlazovací lázně ponořují, tak, aby vstup do díry byl nahoře->Možnost unikání par
Chladící účinek zvyšujeme pohybem lázně (vodní sprcha) nebo pohybem kaleného obrobku v lázni
- Pohyb musí být klidný, aby ochlazování celého předmětu bylo rovnoměrné -> vznikalo by velké vnitřní pnutí -> Možnost poškození (deformace, prasknutí) -> Předměty, které se musí chránit před velkým vnitřním pnutím se kalí termálně nebo izotermicky
3.6.9.3.1 MARTENZITICKÉ KALENÍ
1. Nepřetržité kalení
Běžný postup a záleží v ohřevu předmětu na teplotu vyšší než Ac3, popř. Ac1, výdrži na této teplotě k dosažení homogenního austenitu a v následném ochlazení v kalícím prostředí (voda, olej, vzduch), jehož teplota je nižší než teplota počátku martenzitické přeměny
Po vychladnutí předmětu v kalícím prostředí následuje popouštění
2. Lomené prostředí
Probíhá tak, že se ochlazuje ve dvou studených lázních po sobě
Předmět se vyjme z první lázně po takové době, aby jeho teplota byla o něco vyšší než teplota MS dané oceli a dochladí se v druhé lázni s menším ochlazovacím účinkem právě v oblasti martenzitické přeměny (například se předmět ochladí prudce ve vodě nad teplotu MS a pak se dochladí v oleji -> zmenšení vnitřního pnutí při nepřetržitém kalení do vody)
Použití: Kalení složitých předmětu z ocelí kalitelných do vody
Nevýhoda: Nutnost stanovení správného okamžiku pro přemístění z vody do oleje -> Vyžaduje technologickou kázeň a zkušenosti
3. Částečné kalení
Použití: Kalení jednobřitových nástrojů (nástrojárny)
Nástroj se ponoří do vodní nebo olejové lázně pouze tou částí, která má vysokou tvrdost
Jiný způsob:Na austenitickou teplotu se ohřeje jen ta část předmětu, která má být zakalená
Po zakalení se břit popouští vlastním teplem zbývající části nástroje
4. Termální kalení
Snižuje pnutí a deformace v kaleném předmětu
Předmět ohřátý na austenitizační teplotu se ochladí v solní lázni o teplotě těsně nad teplotu počátku martenzitické přeměny dané oceli (asi 20 až 30 °C nad MS)
Na teplotě předmět setrvá dlouhou dobu, aniž by došlo k bainitickému rozpadu -> možno dosáhnout vyrovnání teplot v jádře a na povrchu předmětu při zachování austenitického stavu
Po vyrovnání teplot se předmět vyjme ještě v austenitickém stavu z lázně a ochlazuje se dále na vzduchu
Martenzitická přeměna pak probíhá při pomalé ochlazovací rychlosti -> vnitřní pnutí je podstatně menší než při kalení do studené lázně
Použití:
Kalení tvarově složitých součástí a nástrojů z nelegovaných a nízkolegovaných ocelí určených pro kalení do vody
Někdy pro kalení nástrojů z vysokolegovaných ocelí (např. rychlořezných ocelí)
U nelegovaných a nízkolegovaných ocelí je použití omezeno na slabší průřezy (menší ochlazovací schopnost solné lázně)
5. Kalení se zmrazováním
Následuje po kalení martenzitickém další ochlazování oceli, jejichž teplota Mf leží pod 0°C, na teplotu pod bodem mrazu -> pro dosažení co největšího rozpadu zbytkového austenitu na martenzit
Zmrazování se používá hlavně pro nadeutektické oceli
Zmrazení musí být provedeno ihned po zakalení, aby se nestabilizoval zbytkový austenit
Ke zmrazování je potřeba speciální zařízení, které je velmi nákladné -> Použití:
- V případech, kde se požaduje stabilizace rozměrů součásti (měřidla, valivá ložiska)
- U ocelí na nástroje pro zvýšení tvrdosti a řezivosti (kuchyňské nože)
Běžný postup a záleží v ohřevu předmětu na teplotu vyšší než Ac3, popř. Ac1, výdrži na této teplotě k dosažení homogenního austenitu a v následném ochlazení v kalícím prostředí (voda, olej, vzduch), jehož teplota je nižší než teplota počátku martenzitické přeměny
Po vychladnutí předmětu v kalícím prostředí následuje popouštění
2. Lomené prostředí
Probíhá tak, že se ochlazuje ve dvou studených lázních po sobě
Předmět se vyjme z první lázně po takové době, aby jeho teplota byla o něco vyšší než teplota MS dané oceli a dochladí se v druhé lázni s menším ochlazovacím účinkem právě v oblasti martenzitické přeměny (například se předmět ochladí prudce ve vodě nad teplotu MS a pak se dochladí v oleji -> zmenšení vnitřního pnutí při nepřetržitém kalení do vody)
Použití: Kalení složitých předmětu z ocelí kalitelných do vody
Nevýhoda: Nutnost stanovení správného okamžiku pro přemístění z vody do oleje -> Vyžaduje technologickou kázeň a zkušenosti
3. Částečné kalení
Použití: Kalení jednobřitových nástrojů (nástrojárny)
Nástroj se ponoří do vodní nebo olejové lázně pouze tou částí, která má vysokou tvrdost
Jiný způsob:Na austenitickou teplotu se ohřeje jen ta část předmětu, která má být zakalená
Po zakalení se břit popouští vlastním teplem zbývající části nástroje
4. Termální kalení
Snižuje pnutí a deformace v kaleném předmětu
Předmět ohřátý na austenitizační teplotu se ochladí v solní lázni o teplotě těsně nad teplotu počátku martenzitické přeměny dané oceli (asi 20 až 30 °C nad MS)
Na teplotě předmět setrvá dlouhou dobu, aniž by došlo k bainitickému rozpadu -> možno dosáhnout vyrovnání teplot v jádře a na povrchu předmětu při zachování austenitického stavu
Po vyrovnání teplot se předmět vyjme ještě v austenitickém stavu z lázně a ochlazuje se dále na vzduchu
Martenzitická přeměna pak probíhá při pomalé ochlazovací rychlosti -> vnitřní pnutí je podstatně menší než při kalení do studené lázně
Použití:
Kalení tvarově složitých součástí a nástrojů z nelegovaných a nízkolegovaných ocelí určených pro kalení do vody
Někdy pro kalení nástrojů z vysokolegovaných ocelí (např. rychlořezných ocelí)
U nelegovaných a nízkolegovaných ocelí je použití omezeno na slabší průřezy (menší ochlazovací schopnost solné lázně)
5. Kalení se zmrazováním
Následuje po kalení martenzitickém další ochlazování oceli, jejichž teplota Mf leží pod 0°C, na teplotu pod bodem mrazu -> pro dosažení co největšího rozpadu zbytkového austenitu na martenzit
Zmrazování se používá hlavně pro nadeutektické oceli
Zmrazení musí být provedeno ihned po zakalení, aby se nestabilizoval zbytkový austenit
Ke zmrazování je potřeba speciální zařízení, které je velmi nákladné -> Použití:
- V případech, kde se požaduje stabilizace rozměrů součásti (měřidla, valivá ložiska)
- U ocelí na nástroje pro zvýšení tvrdosti a řezivosti (kuchyňské nože)
3.6.9.3.2 BAINITICKÉ KALENÍ
1. Izotermické bainitické kalení
Vyvinuto na základě znalostí IRA diagramů
Probíhá při něm rozpad nestabilního austenitu po ochlazení z autentizační teploty izotermicky v solných nebo kovových lázních
Po skončení izotermické přeměny se předmět vyjme z lázně a ochladí se (obvykle na vzduchu)
Použití:
Pro středně prokalitelné oceli (oceli nízko a středně legované)
Pro součásti středního a menšího průřezu
Tvar diagramu IRA je obvykle vyhovující pro dostatečně dlouhou inkubační dobu a ne příliš dlouhou dobu rozpadu
Na součásti většího průřezu se musí volit oceli s vyšší prokalitelností (s delší dobou rozpadu) -> Vysoké náklady na tepelné zpracování a nerentabilita
Nelegované oceli lze kalit asi jen 6 mm tloušťky průřezu
Izotermický rozpad austenitu může probíhat dvojím způsobem:
1. způsob
V oblasti teplot přeměny austenitu na bainit
Zakalená ocel se již nepopouští
Někdy se nazývá izotermické zušlechťování
Nevzniká martenzit -> menší pnutí a nulové deformace součásti
Lze dosáhnout pevnosti 1 000 až 2 000 MPa při velmi dobré houževnatosti
Použití: Zpracování konstrukčních ocelí na vysokou pevnost
2. způsob
V oblasti teploty těsně pod MS
Zakalená ocel se vzhledem k přítomnosti určitého podílu martenzitu vedle bainitu obvykle popouští
Často se volí název izotermické kalení
Použití: Zpracování nástrojů a součástí nitrocementovaných
2. Nepřetržité bainitické kalení
Záleží v dostatečně rychlém plynulém ochlazování po austenitizaci na kalící teplotu, aby zjistil rozpad austenitu na bainit nebo na směs bainitu a martenzitu
Po kalení obvykle následuje popouštění (u středně a výše legovaných ocelí i vícenásobné)
Je možné jen u ocelí s předsunutou bainitickou oblastí v diagramu ARA
Vyvinuto na základě znalostí IRA diagramů
Probíhá při něm rozpad nestabilního austenitu po ochlazení z autentizační teploty izotermicky v solných nebo kovových lázních
Po skončení izotermické přeměny se předmět vyjme z lázně a ochladí se (obvykle na vzduchu)
Použití:
Pro středně prokalitelné oceli (oceli nízko a středně legované)
Pro součásti středního a menšího průřezu
Tvar diagramu IRA je obvykle vyhovující pro dostatečně dlouhou inkubační dobu a ne příliš dlouhou dobu rozpadu
Na součásti většího průřezu se musí volit oceli s vyšší prokalitelností (s delší dobou rozpadu) -> Vysoké náklady na tepelné zpracování a nerentabilita
Nelegované oceli lze kalit asi jen 6 mm tloušťky průřezu
Izotermický rozpad austenitu může probíhat dvojím způsobem:
1. způsob
V oblasti teplot přeměny austenitu na bainit
Zakalená ocel se již nepopouští
Někdy se nazývá izotermické zušlechťování
Nevzniká martenzit -> menší pnutí a nulové deformace součásti
Lze dosáhnout pevnosti 1 000 až 2 000 MPa při velmi dobré houževnatosti
Použití: Zpracování konstrukčních ocelí na vysokou pevnost
2. způsob
V oblasti teploty těsně pod MS
Zakalená ocel se vzhledem k přítomnosti určitého podílu martenzitu vedle bainitu obvykle popouští
Často se volí název izotermické kalení
Použití: Zpracování nástrojů a součástí nitrocementovaných
2. Nepřetržité bainitické kalení
Záleží v dostatečně rychlém plynulém ochlazování po austenitizaci na kalící teplotu, aby zjistil rozpad austenitu na bainit nebo na směs bainitu a martenzitu
Po kalení obvykle následuje popouštění (u středně a výše legovaných ocelí i vícenásobné)
Je možné jen u ocelí s předsunutou bainitickou oblastí v diagramu ARA
3.6.10 POPOUŠTĚNÍ
Ohřev zakalené oceli pod teplotu A1
Výdrž na této teplotě k vytvoření struktury k rovnovážnému stavu
Pomalé ochlazení na teplotu okolí rychlostí vhodnou pro danou ocel
Popouštění při nízkých teplotách
Do 250°C
Účelem je zmenšit vnitřní pnutí po kalení a zlepšení houževnatosti
Popouštění při vyšších teplotách
Nad 450°C
Účelem je získat strukturu s lepšími mechanickými vlastnostmi, hlavně velkou houževnatostí při vysoké mezi kluzu a vysoké mezi únavy
Popouštění vnitřním teplem
Po neúplném ochlazení zakaleného předmětu
Teplota se sleduje na očištěném povrchu podle náběhových barev
Jakmile předmět dosáhne příslušné náběhové barvy, ponoří se rychle do vody
Výdrž na této teplotě k vytvoření struktury k rovnovážnému stavu
Pomalé ochlazení na teplotu okolí rychlostí vhodnou pro danou ocel
Popouštění při nízkých teplotách
Do 250°C
Účelem je zmenšit vnitřní pnutí po kalení a zlepšení houževnatosti
Popouštění při vyšších teplotách
Nad 450°C
Účelem je získat strukturu s lepšími mechanickými vlastnostmi, hlavně velkou houževnatostí při vysoké mezi kluzu a vysoké mezi únavy
Popouštění vnitřním teplem
Po neúplném ochlazení zakaleného předmětu
Teplota se sleduje na očištěném povrchu podle náběhových barev
Jakmile předmět dosáhne příslušné náběhové barvy, ponoří se rychle do vody
3.6.10.1 POPOUŠTĚNÍ KALENÉ OCELI A KOMBINACE S KALENÍM
- Ocel zakalená na martenzitickou strukturu má značné pnutí -> Je značně křehká -> V tomto stavu se používá jen vyjimečné
- Pro snížení vnitřního pnutí a tím i křehkosti (popř. pro získání struktury s dobrou houževnatostí) je vhodné ocel popouštět
- Součást ohřejeme na popouštěcí teplotu Ac1
- Martenzit (přesycený tuhý roztok uhlíku v železe a) vzniklý martenzitickým kalením má jehlicovitý tvar
- Při popouštění na teploty 80 až 180 °C (podle druhu oceli) dojde k vyloučení (precipitaci) uhlíku v podobě přechodných fází (karbidů) orientovaných ve směru martenzitických jehlic -> Toto stádium martenzitu se nazývá Nízkopopuštěný martenzit
- Mírný pokles tvrdosti
- Výrazný pokles křehkosti
- V rozmezí teplot 180 až 300 °C se rozpadá zbytkový austenit buď na nízkouhlíkový martenzit nebo dolní bainit
U ocelí s vyšším obsahem uhlíku (tím i zbytkového austenitu), dochází k mírnému zvýšení tvrdosti
- Současně se v teplotním rozsahu 200 až 400 °C přechodný karbid mění na cementit ve velmi jemné formě, přitom vyloučený cementit má tvar kulovitý a zůstává jen částečně zachována jehlicovitá struktura -> Hovoříme o tzv. Vysokopopuštěném martenzitu
- Za teplot nad 400 °C až do Ac1 se postupně cementitové kulovité částice zvětšují a mizí jehlicovitý tvar -> Jemná struktura s kuličkovým cementitem v základní feritické podobě -> Nazýváme ji Sorbit
- Pevnost
- Vysoká houževnatost
Z hlediska popouštěcích teplot rozeznáváme:
a) Popouštění za nízkých teplot
Asi do 350°C
Často nazýváme Napouštění
Někdy se nazývá Popouštění nástrojů
Použití:Nástrojové oceli
b) Popouštění za vysokých teplot
Od 350 do 700°C
Tomuto popouštění ve spojení s kalením říkáme Zušlechťování
3.6.10.2 POPOUŠTĚNÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ
Zpravidla ohřev pod 350°C
Výjimku tvoří požadavky na vysokou houževnatost, potom popouštěcí teplota může dosáhnout 400 °C a více
Další výjimku jsou rychlořezné a vysokolegované oceli pro práci za tepla (např. zápustky)
Účelem popouštění je zmírnění křehkost a citlivosti nástrojů na nárazy při práci, aniž by se snížila tvrdost
Pokud popouštění probíhá na vzduchu, objeví se na čistém povrchu oceli zabarvení, které odpoví dá popouštěcí teplotě
Místní popouštění
Popouští se jen určitá část nástroje
Někdy se popouští celý nástroj na nízkou teplotu, nutnou pro zachování požadované tvrdosti pracovní části a pak se jeho nepracovní část (např. stopka nástroje) popustí ještě na vyšší teplotu, aby se dosáhlo požadovaného snížení tvrdosti a zvýšení houževnatosti této části
Celkové popouštění
Prohřívá se celý nástroj
Nástroje, u nichž se požaduje nejvyšší tvrdost, se napouští při teplotách 100 až 180°C
Jde o tzv. vyvařování v oleji
- Tvrdost se nesníží, ale zmenší se poněkud pnutí
Nástroje pro řezání a lisování tvrdých hmot: Popouštěcí teploty mezi 200 až 240 °C
Nástroje namáhané rázem (dláta, sekery, kladiva): Popouštěcí teploty mezi 280 až 320°C
Výjimku tvoří požadavky na vysokou houževnatost, potom popouštěcí teplota může dosáhnout 400 °C a více
Další výjimku jsou rychlořezné a vysokolegované oceli pro práci za tepla (např. zápustky)
Účelem popouštění je zmírnění křehkost a citlivosti nástrojů na nárazy při práci, aniž by se snížila tvrdost
Pokud popouštění probíhá na vzduchu, objeví se na čistém povrchu oceli zabarvení, které odpoví dá popouštěcí teplotě
Místní popouštění
Popouští se jen určitá část nástroje
Někdy se popouští celý nástroj na nízkou teplotu, nutnou pro zachování požadované tvrdosti pracovní části a pak se jeho nepracovní část (např. stopka nástroje) popustí ještě na vyšší teplotu, aby se dosáhlo požadovaného snížení tvrdosti a zvýšení houževnatosti této části
Celkové popouštění
Prohřívá se celý nástroj
Nástroje, u nichž se požaduje nejvyšší tvrdost, se napouští při teplotách 100 až 180°C
Jde o tzv. vyvařování v oleji
- Tvrdost se nesníží, ale zmenší se poněkud pnutí
Nástroje pro řezání a lisování tvrdých hmot: Popouštěcí teploty mezi 200 až 240 °C
Nástroje namáhané rázem (dláta, sekery, kladiva): Popouštěcí teploty mezi 280 až 320°C
3.6.11 ZUŠLĚCHŤOVÁNÍ
- Účelem je dosáhnout vysoké meze kluzu,pevnosti, odolnosti proti únavě při vysoké houževnatosti
- Stav po tomto tepelném zpracování se označuje první doplňkovou číslicí (6,7,8) za značkou oceli (vyšší číslice znamená vyšší pevnost
Zušlechtěná ocel má vyšší mez kluzu a hlavně vrubovou houževnatost - Čím vyšší mez kluzu, tím lze ocel více zatížit bez nebezpečí deformace
- Čím vyšší vrubová houževnatost tím větší odolnost oceli proti křehkému porušení nenadálými rázy
- Pro zušlechťování je vyhrazen teplotní rozsah 400 až 550 dle druhu oceli
- K prokalení větších průřezů než 25 až 30 mm je třeba použít legovanou ocel (při zušlechťování je jednou ze základních podmínek prokalení předmětu v celém průřezu, jinak hrozí ze zhoršení mechanických vlastností v nedostatečně zakalené části průřezu)
Při popouštění některých ocelí nemusí být přírůstek vrubové houževnatosti úměrný poklesu pevnosti -> Příčina: Popouštěcí křehkost
Může vzniknout:
a) Izotermicky
Během popouštění v oblasti teplot 350° a 550 °C
Lze ji částečně snížit krátkou popouštěcí dobou
b) Anizotermicky
Při ochlazování z popouštěcí rychlosti
Lze jí částečně odstranit rychlejším ochlazováním z popouštěcí teploty
Zvlášť náchylné na křehkost jsou: chrómmanganové, chrómvanadové, chrómniklové oceli
Popouštěcí křehkost značně omezuje přísada 0,5 až 1 % molybdenu (podobný účinek má i wolfram)
Směry vývoje konstrukčních ocelí k cementování a zušlechťování
- Zvyšování čistoty, rovnoměrnosti vlastností (dodržování zaručeného rozmezí hodnot, jak v dodávaném stavu tak po tepelném zpracování)
- Oceli k cementování a nitridování -> Zvýšení pevnosti jádra
- Oceli k cementování, u nichž musí být dodržováno pásmo prokalitelnosti
- Současné dodávky ocelí mají široká pásma prokalitelnosti, což vede k velkým rozdílům vlastností v konečném stavu (např. obrobitelnosti)
- Oceli k zušlechťování - dezoxidace ocelí -> příznivý vliv na tvorbu vměstků -> zvýšení obrobitelnosti
- Využitím teoretických poznatků o podstatě pevnosti martenzitu a o důvodech nízkoteplotní popouštěcích křehkostí, umožní dosáhnout u některých nízkolegovaných ocelí (např SiCrV) klasickým způsobem zušlechtění na mez pevnosti až 2 000 MPa
3.6.12 TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ RYCHLOŘEZNÝCH OCELÍ
Vlivem velkého obsahu legovacích prvků (wolfram, chrom, vanad, molybden, kobalt) maximální rozpustnost uhlíku v železe d -> při obsahu uhlíku pod 0,8 se může vyskytnout ledeburitická struktura
Zároveň vlivem těchto prvků dochází ke značnému posunu rozpadových křivek směrem doprava a k výraznému oddělení perlitické a bainitické přeměny
U ocelí s vysokým obsahem karbidotvorných prvků (rychlořezné oceli), není tvrdost po zakalení nejvyšší nýbrž až po popuštění na určitou teplotu -> Mluvíme o oceli s druhou tvrdostí
Zároveň vlivem těchto prvků dochází ke značnému posunu rozpadových křivek směrem doprava a k výraznému oddělení perlitické a bainitické přeměny
U ocelí s vysokým obsahem karbidotvorných prvků (rychlořezné oceli), není tvrdost po zakalení nejvyšší nýbrž až po popuštění na určitou teplotu -> Mluvíme o oceli s druhou tvrdostí
- Po kalení homogenního austenitu zůstává ve struktuře velké množství zbytkového austenitu (až 70 %) -> Větší pevnost
- Při vyšších popouštěcích teplotách (400 až 600°C) tvrdost rozpadem austenitu a precipitace velmi jemných karbidů přísadových prvků stoupá
- Podmínkou pro vývoj druhé tvrdosti je, aby kalicí teplota byla dostatečně vysoká -> zaručení dokonalého rozpuštění všech karbidů
- Jsme-li nuceni u jemných nástrojů volit nižší kalicí teploty pak popouštíme jen na 130 až 180 °C
- Na rozdíl od segregace (vylučování druhé fáze po hranicích primárních zrn) je precipitace (vylučování druhé fáze v mikroskopické až v submikroskopické formě) i uvnitř původních zrn
Postup při kalení z vysoké teploty
- Ohřev se zpravidla děje ve dvou nebo třech stupních, vzhledem k tomu, že rychlořezná ocel je citlivá na prudký ohřev (její tepelná vodivost je při nižších teplotách poloviční oproti nelegované oceli)
- Kalí se podle velikosti průřezu součástí:
a) Na vzduchu
- Klidném
- Proudícím
b) Do oleje - Pouze oceli s vysokým obsahem wolframem a kobaltem (např. 19 855) se kalí jen na vzduchu
- Velmi vhodné je termální kalení do lázně teplé asi 500°C s následujícím kalení na klidném vzduchu
- Popouštět se má ihned po zakalení (nebezpečí stabilizace austenitu)
- Popouštěcí teploty bývají podle druhu oceli 540 až 590 °C
- Po popouštění zásadně ochlazujeme na vzduchu
- Při prvním popouštěcím cyklu dochází k popouštění primárně vzniklého martenzitu a k precipitaci karbidů
- Při chladnutí z této teploty dojde k rozpadu části zbytkového austenitu na martenzit, který popustíme druhým popouštěcím cyklem, přičemž se opět další, avšak již menší část austenitu zase přemění na martenzit -> V některých případech se popouští až 3x
3.6.13 ZVLÁŠTNÍ ZPŮSOBY TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ
1. Patentování
Zvláštní případ izotermického rozpadu austenitu v lázních o teplotě 450 až 550°C
Struktura je tvořená směsí jemného perlitu (troostit)a bainitu s vysokou houževnatostí -> dovolující značné redukce při tváření za studena
Použití: Výroba patentového drátu s vysokou pevností (lana, pružiny)
2. Tepelně mechanické zpracování
Jedná se o spojení tepelného zpracování s tvářením, které lze provést:
a) Před přeměnou austenitu
Nízkoteplotní tepelně mechanické pracování
Realizujeme v oblasti nestabilního austenitu v pásmu teplot mezi perlitickou a bainitickou přeměnou
Následuje zakalení na martenzit a zpravidla popouštění
Výhoda:Zvýšená pevnost bez snížení plasticity nebo vrubové houževnatosti
Použití: Zpracování nástrojů namáhaných rázem (střihadla, protlačovadla)
Vysokoteplotní tepelně mechanické zpracování
Tváříme-li austenit před přeměnou za teplot Ac3 v oblasti stabilního austenitu
Po tváření stabilního austenitu následuje kalení a pouštění
Tímto postupem se zvýší tvárnost a únavové vlastnosti oceli
Použití:Zpracování nástrojů pro práci za tepla
b) Během přeměny austenitu na perlit
Tváření v oblasti teplot 600 až 700 °C vede ke značnému zvýšení houževnatosti nízkolegovaných ocelí
c) Po přeměně austenitu
3. Rozpouštění (rozpouštěcí žíhání)
Použití:Pro potlačení segregace u:
- Slitin neželezných kovů
- Austenitické oceli
- Některé další oceli, které jsou vytvrzovatelné
Po ohřevu na žíhací teplotu, která musí být volena tak, aby se zajistil vznik homogenního tuhého roztoku, následuje většinou prudké ochlazení většinou do vody
U austenitických ocelí je žíhací teplota vždy vyšší než 950 °C, proto, že v oblasti teplot 600 až 850 °C vzniká zvláštní krystalická fáze, která způsobuje jejich zkřehnutí
Tento druh tepelného zpracování se označuje první doplňkovou číslicí 4 (např. 17 246.4)
4. Vytvrzování
Vyvinuto původně pro lehké slitiny (duraluminium) se rozšířilo na řadu dalších slitin neželezných kovů, později na austenitické oceli s vysokou pevností pro vysoké teploty a nyní i na feriticko-feritické oceli s přísadou bóru a dusíku
Vlastnímu vytvrzování předchází rozpouštění -> Jím získáme nestabilní přesycený tuhý roztok -> Ten se rozpadá uvnitř zrn za:
a) Normální teploty (Přirozené vytvrzování)
V určitých místech krystalické mřížky se nahromadí větší počet atomů druhého prvku
b) Zvýšené teploty (Umělé vytvrzování)
Může dojít k plné precipitaci
Oba jevy (v krystalické mřížce) vedou k deformaci základní mřížky, což se na venek projevuje zvýšenou pevností a tvrdostí a zpravidla i sníženou houževnatostí
5. Stárnutí
Někdy výše zmíněný jev probíhá proti naší vůli -> hovoříme o stárnutí
Zpravidla při něm dochází k výraznému poklesu vrubové houževnatosti a jen k menšímu nárůstku pevnosti
Je to nepříjemné zejména u ocelí, kde vzniká pozvolným vylučováním nitridů po deformaci za studena
S jevem se setkáme u ocelí s nízkým obsahem uhlíku, které při ocelářském procesu nebyli uklidněny hliníkem
Zvláštní případ izotermického rozpadu austenitu v lázních o teplotě 450 až 550°C
Struktura je tvořená směsí jemného perlitu (troostit)a bainitu s vysokou houževnatostí -> dovolující značné redukce při tváření za studena
Použití: Výroba patentového drátu s vysokou pevností (lana, pružiny)
2. Tepelně mechanické zpracování
Jedná se o spojení tepelného zpracování s tvářením, které lze provést:
a) Před přeměnou austenitu
Nízkoteplotní tepelně mechanické pracování
Realizujeme v oblasti nestabilního austenitu v pásmu teplot mezi perlitickou a bainitickou přeměnou
Následuje zakalení na martenzit a zpravidla popouštění
Výhoda:Zvýšená pevnost bez snížení plasticity nebo vrubové houževnatosti
Použití: Zpracování nástrojů namáhaných rázem (střihadla, protlačovadla)
Vysokoteplotní tepelně mechanické zpracování
Tváříme-li austenit před přeměnou za teplot Ac3 v oblasti stabilního austenitu
Po tváření stabilního austenitu následuje kalení a pouštění
Tímto postupem se zvýší tvárnost a únavové vlastnosti oceli
Použití:Zpracování nástrojů pro práci za tepla
b) Během přeměny austenitu na perlit
Tváření v oblasti teplot 600 až 700 °C vede ke značnému zvýšení houževnatosti nízkolegovaných ocelí
c) Po přeměně austenitu
3. Rozpouštění (rozpouštěcí žíhání)
Použití:Pro potlačení segregace u:
- Slitin neželezných kovů
- Austenitické oceli
- Některé další oceli, které jsou vytvrzovatelné
Po ohřevu na žíhací teplotu, která musí být volena tak, aby se zajistil vznik homogenního tuhého roztoku, následuje většinou prudké ochlazení většinou do vody
U austenitických ocelí je žíhací teplota vždy vyšší než 950 °C, proto, že v oblasti teplot 600 až 850 °C vzniká zvláštní krystalická fáze, která způsobuje jejich zkřehnutí
Tento druh tepelného zpracování se označuje první doplňkovou číslicí 4 (např. 17 246.4)
4. Vytvrzování
Vyvinuto původně pro lehké slitiny (duraluminium) se rozšířilo na řadu dalších slitin neželezných kovů, později na austenitické oceli s vysokou pevností pro vysoké teploty a nyní i na feriticko-feritické oceli s přísadou bóru a dusíku
Vlastnímu vytvrzování předchází rozpouštění -> Jím získáme nestabilní přesycený tuhý roztok -> Ten se rozpadá uvnitř zrn za:
a) Normální teploty (Přirozené vytvrzování)
V určitých místech krystalické mřížky se nahromadí větší počet atomů druhého prvku
b) Zvýšené teploty (Umělé vytvrzování)
Může dojít k plné precipitaci
Oba jevy (v krystalické mřížce) vedou k deformaci základní mřížky, což se na venek projevuje zvýšenou pevností a tvrdostí a zpravidla i sníženou houževnatostí
5. Stárnutí
Někdy výše zmíněný jev probíhá proti naší vůli -> hovoříme o stárnutí
Zpravidla při něm dochází k výraznému poklesu vrubové houževnatosti a jen k menšímu nárůstku pevnosti
Je to nepříjemné zejména u ocelí, kde vzniká pozvolným vylučováním nitridů po deformaci za studena
S jevem se setkáme u ocelí s nízkým obsahem uhlíku, které při ocelářském procesu nebyli uklidněny hliníkem
3.6.14.1 POVRCHOVÉ KALENÍ
- Je vhodné pro nelegované oceli a některé oceli legované s obsahem uhlíku 0,45 až 0,60 %, které jsou kalitelné již na značnou tvrdost ->Mohou často vyhovět požadavkům na povrchovou tvrdost (např. u ozubených kol, čepů)
- Oceli s obsahem uhlíku 0,45 až 0,60 se vyznačují ještě vyhovující houževnatostí a pevností jádra zejména tehdy, je-li součást před povrchovým kalením buď normalizačně vyžíhána nebo raději zušlechtěna -> jádro součásti, které není ovlivněno povrchovým kalením si podrží vlastnosti předchozího tepelného zpracování
- Za určitých podmínek je možno povrchově kalit i oceli nástrojové, popř. i odlitky ze šedé či tvárné litiny (např. lože vedení obráběcích strojů)
- Při povrchovém kalení ohříváme povrchové vrstvy velmi rychle na autentizační teplotu s velmi krátkou výdrží na této teplotě -> Teplota ohřevu musí být vyšší než teplota Ac 3, podle způsobu ohřevu až o 200 a více stupňů
- Po ohřevu povrchových vrstev na tuto teplotu následuje prudké ochlazení, nejčastěji vodou -> Povrch součásti se zakalí do hloubky, která závisí na hloubce prohřátého povrchu do austenitické oblasti (podle účelu použití 0,5 až 5 mm)
- Tvrdá martenzitická struktura zakaleného povrchu pak přechází přes smíšené rozpadové struktury na původní strukturu jádra
- Značné strukturní rozdíly mezi povrchem a jádrem způsobují vnitřní pnutí, které snížíme okamžitým popouštěním na teploty 150 až 250 °C
Ohřev plamenem
Používají se většinou kyslíkoacetylénové hořáky (méně často na svítiplyn nebo propan)
Aby se dosáhlo okamžitého ochlazení po dosažení austenitické struktury v povrchové vrstvě, je vodní sprcha často umístěná v tělese hořáku
Tloušťka zakalené vrstvy je vždy větší než 2 mm
Součást ohříváme plamenem:
a) Postupně
Zapálený hořák se přiblíží k povrchu součásti
Po prohřátí povrchu do požadované hloubky se zapne posuv a spustí sprcha
Vzájemný pohyb hořáku a součásti může být přímočarý nebo rotační
b) Jednorázově
Součást se ohřeje hořákem po celém povrchu a pak se prudce ochladí buď vodní sprchou nebo se ponoří do vodní či olejové lázně
Hořák a předmět se moho vůči sobě pohybovat nebo být v klidu
Indukční ohřev
- Povrchová vrstva se ohřívá indukovanými proudy střední a vysoké frekvence pomocí induktoru
- Induktor
Cívka o malém počtu závitů (často jen s jedním závitem z měděné trubky, kterou protéká chladící voda)
Tvar musí být přesně přizpůsoben tvaru kaleného předmětu, aby mezera mezi ním a povrchem byla všude stejně velká - Prochází-li induktorem střídavý proud o určité frekvenci, vznikají indukcí střídavého magmatického pole v součásti vířivé proudy o stejné frekvenci, jimiž se součást zahřívá -> Proudy se indukují tím blíže povrchu čím je vyšší frekvence střídavého proudu
- Hloubku prohřáté vrstvy lze přibližně určit, když se konstanta 500 vydělí frekvencí v Hz
- Vedením tepla se od povrchové ohřáté vrstvy budou ohřívat i sousední vrstvy a tedy hloubka vrstvy ohřáté na austenitickou teplotu bude větší než by odpovídalo teoretické hloubce vzniku vířivých proudů
- Nejmenší tloušťky zakalené vrstvy při použití velmi vysoké frekvence jsou asi 1 mm
- Jako zdrojů střídavého proudu se užívá:
Točivé středofrekvenční generátory do 15 kHz
Vysokofrekvenční elektronkové generátory až 500 kHz - Výše zmíněné generátory jsou ve strojírenství nejčastěji používané
- Výjimečně se používá střídavý proud přímo ze sítě
- Výhody:
Malé okujení a nejsou vyžadovány další úpravy (vlivem rychlého ohřevu)
Postup lze snadno zařadit do výrobní linky a automatizovat - Nevýhoda: Vysoká pořizovací cena -> Použití: V sériové a hromadné výrobě
3.6.14.2 CEMENTOVÁNÍ
- Nejpoužívanější způsob
- Povrch ocelového předmětu z měkké oceli (max. do 0,2% uhlíku) nasycujeme uhlíkem v pevném, kapalném nebo plynném prostředí při teplotách nad Ac 3 (pouze austenit v sobě rozpouští uhlík) na obsah 0,7 až 0,9 % uhlíku
- Zakalením této vrstvy se dosáhne vysoké tvrdosti a jádro zůstává houževnaté
- Nauhličená vrstva má tloušťku 0,5 až 1,5 mm
- Pro cementování jsou určeny měkké konstrukční oceli, jejichž čtvrtá číslice ve značce oceli je 1 nebo 2 (vyjadřuje obsah uhlíku v desetinách procenta)
Příklady:
Nelegované oceli: 12 010, 12 020, 12 024
Legované oceli: 14 220, 16 220, 16 420
- Použití nelegovaných ocelí k cementování omezují tyto okolnosti:
Vysoké měrné tlaky, kterým jsou součásti vystavené
Nebezpečí prolomení nacementované vrstvy - vyžaduje zvýšení pevnosti jádra (nelegovanými ocelemi tohoto nelze dosáhnout)
Hmotnost a členitost součástí, kdy nelze zaručit vznik "měkkých" míst vlivem nadkritických rychlostí ochlazování -> Musí se volit oceli s vyšší prokalitelností
Otěr součástí, kdy je nutné zajistit, aby nacementovaná vrstva měla dostatečnou tvrdost
- Legované oceli zjemňují martenzit a tvoří tvrdší karbidy než cementit
- Při cementování difunduje uhlík do oceli z plynné nebo kapalné fáze
- Plynné prostředí
Plynné prostředí vzniká v peci z:
a) Cementačního prášku (starší způsob - jedná se o směs dřevěného uhlí se 7 až 20% uhličitanu barnatého BaCO 3 ), kterou je součást v peci obalena
- Malá produktivita
- Pro malosériovou a kusovou výrobu
b) Ze směsi uhlovodíků a vzduchu v šachtových pecích
Musí obsahovat dostatečné množství oxidu uhelnatého a methanu
- Kapalné prostředí
Používají se solné lázně obsahující kyanid sodný
Při cementační teplotě povrch vsázky (součásti) působí katalyticky na rozpad skupin CN a uvolněné atomy uhlíku difundují do povrchové vrstvy součásti
Zbytky soli a lázní jsou prudce jedovaté
- Cementační teploty bývají 850 až 950°C
- Čím vyšší teplota, tím rychlejší cementace a větší cementační hloubka
- Čím větší teplota tím větší zhrubnutí zrna
- U pomalejšího cementování v prášku volíme spíše nižší teploty než u rychlejšího cementování v lázni
- V poslední době byla vyvinutá mimořádně jemnozrnná ocel s přísadou titanu, která si zachová jemné zrno i při teplotách kolem 1 000°C
Lze použít vysokoteplotní cementování při teplotě kolem 1 000 °C
Cementační doba se zkrátí na třetinu i méně - Pro velkosériovou výrobu se cementuje v plynu nebo v lázni
- Někdy je potřeba, aby část povrchu součásti zůstala měkká -> Tuto část musíme při cementaci chránit
Při cementování v prášku a plynu používáme pro tento účel různých past nátěrů -> nebývají spolehlivé
Účinější je ochrana elektrolytickým poděděním
Nejúčinnější je, když má daná část přídavek odpovídající hloubce cementování, který se po cementování odebere
- Po cementaci musíme součásti ještě kalit, aby nauhličená vrstva dosáhla potřebné:
Tvrdosti
Odolnosti proti opotřebení
3.6.14.3 NITRIDOVÁNÍ
Sycení povrchu oceli dusíkem, který reaguje se železem a s jinými úmyslně přidávanými prvky (hlavně hliník a chrom) -> Vytváří se tvrdé nitridy
Nitridy způsobují značné zvýšení tvrdosti povrchové vrstvy
Probíhá při teplotách 500 až 600 buď v:
a) Plynném prostředí
Zdrojem je dusíku čpavek, který ve styku s povrchem součásti při nitračních teplotách disociuje na atomární dusík a vodík
Část vzniklých atomů dusíku difunduje do oceli
Pomalé (vytvoření vrstvy o tloušťce 0,1 mm trvá 10 až 12 hodin podle teploty)
Drahé
Vytváříme jen vrstvy o tloušťce 0,1 až 0,5 mm
b) Kapalném prostředí (solná lázeň)
Používá se směs kyanidu sodného a kyanatanu draselného
Rychlejší
Vytvořené vrstvy jsou velmi tenké (do 0,05 mm) -> Vhodné pro nástroje
Vzhledem k poměrně nízkým nitridačním teplotám mohou být součásti před nitridací plně zušlechtěny
Vzhledem k neoxidačnímu prostředí také obráběny na hotovo (součásti již nebudou dále obráběny, jen se přeleští)
Nitridy způsobují značné zvýšení tvrdosti povrchové vrstvy
Probíhá při teplotách 500 až 600 buď v:
a) Plynném prostředí
Zdrojem je dusíku čpavek, který ve styku s povrchem součásti při nitračních teplotách disociuje na atomární dusík a vodík
Část vzniklých atomů dusíku difunduje do oceli
Pomalé (vytvoření vrstvy o tloušťce 0,1 mm trvá 10 až 12 hodin podle teploty)
Drahé
Vytváříme jen vrstvy o tloušťce 0,1 až 0,5 mm
b) Kapalném prostředí (solná lázeň)
Používá se směs kyanidu sodného a kyanatanu draselného
Rychlejší
Vytvořené vrstvy jsou velmi tenké (do 0,05 mm) -> Vhodné pro nástroje
Vzhledem k poměrně nízkým nitridačním teplotám mohou být součásti před nitridací plně zušlechtěny
Vzhledem k neoxidačnímu prostředí také obráběny na hotovo (součásti již nebudou dále obráběny, jen se přeleští)
3.6.14.4 NITROCEMENTOVÁNÍ
Nitrocementuje se v:
a) Kyanidové solné lázně
Při teplotách 750 až 850 °C
b) Plynné cementační atmosféře
Při teplotách 800 až 880 °C
Dojde k sycení povrchu dusíkem a uhlíkem současně tak, že čím je vyšší teplota, tím víc převládá nasycení uhlíkem a naopak
Po nitrocementování se součásti kalí do oleje -> pro snížení pnutí
Po kalení se součásti popouštějí stejně jako po cementaci na teplotu 180°C
Nejvyšší tvrdost dosahují nitridované vrstvy, avšak tvrdost prudce klesá na tvrdost jádra
- Snášejí největší namáhání na otěr
- Nesnáší velké měrné tlaky (vrstva by se prolomila)
Povrchově kalené vrstvy jsou nejtlustší a snáší i největší měrné tlaky
Iontová nitridace
Vytváří se difuzní povrchové vrstvy, které mají velmi výhodné kluzné vlastnosti
Vznikají výbojem mezi předmětem (zapojeným jako katoda) a pomocnou elektrodou (zapojenou jako anoda) ve vhodném prostředí (např. ve zcela rozloženém amoniaku) při napětí 50 až 20 V a sníženém tlaku
Výhoda: Rychlejší průběh
Nevýhoda: Nákladné zařízení
Sulfonitridace
Sycení povrchu sírou, uhlíkem a dusíkem
vytvořené vrstvy se vyznačují výbornými kluznými vlastnostmi i při špatném mazání
Pro zvláštní účely někdy používáme nasycení povrchu oceli bórem -> Vznikají velmi tvrdé boridy
a) Kyanidové solné lázně
Při teplotách 750 až 850 °C
b) Plynné cementační atmosféře
Při teplotách 800 až 880 °C
Dojde k sycení povrchu dusíkem a uhlíkem současně tak, že čím je vyšší teplota, tím víc převládá nasycení uhlíkem a naopak
Po nitrocementování se součásti kalí do oleje -> pro snížení pnutí
Po kalení se součásti popouštějí stejně jako po cementaci na teplotu 180°C
Nejvyšší tvrdost dosahují nitridované vrstvy, avšak tvrdost prudce klesá na tvrdost jádra
- Snášejí největší namáhání na otěr
- Nesnáší velké měrné tlaky (vrstva by se prolomila)
Povrchově kalené vrstvy jsou nejtlustší a snáší i největší měrné tlaky
Iontová nitridace
Vytváří se difuzní povrchové vrstvy, které mají velmi výhodné kluzné vlastnosti
Vznikají výbojem mezi předmětem (zapojeným jako katoda) a pomocnou elektrodou (zapojenou jako anoda) ve vhodném prostředí (např. ve zcela rozloženém amoniaku) při napětí 50 až 20 V a sníženém tlaku
Výhoda: Rychlejší průběh
Nevýhoda: Nákladné zařízení
Sulfonitridace
Sycení povrchu sírou, uhlíkem a dusíkem
vytvořené vrstvy se vyznačují výbornými kluznými vlastnostmi i při špatném mazání
Pro zvláštní účely někdy používáme nasycení povrchu oceli bórem -> Vznikají velmi tvrdé boridy
Přihlásit se k odběru:
Příspěvky (Atom)