Tepelné zpracování

V ocelářském průmyslu se tepelné zpracování musí provádět často. Tepelné zpracování většinou přichází na řadu po výrobním procesu, jako je válcování, odlévání, svařování a tváření. Tyto výrobní operace mají velký vliv – často nepříznivý – na strukturu a příslušné mechanické vlastnosti materiálu. Správným tepelným zpracováním po určité výrobní operaci může být dosaženo požadovaných mechanických vlastností a struktury. To výrazně prodlužuje životnost a zlepšuje kvalitu komponentů.

Použití tepelného zpracování

Obecně řečeno, tepelné zpracování se používá k těmto účelům:

  • k odstranění nežádoucích účinků z předchozích výrobních operací (žíhání ke snížení pnutí, rekrystalizační žíhání, homogenizační žíhání nebo rozpouštěcí žíhání)
  • k zajištění homogennější struktury krystalů (normalizační žíhání)
  • ke změkčení oceli, např. pro další zpracování (žíhání naměkko)
  • k vytvrzení a zpevnění oceli a ke zvýšení odolnosti proti opotřebení (kalení, popouštění nebo zušlechťování)

tepelné zpracování v Cirexu

Oddělení konečné úpravy a strojního obrábění CIREX má pro účely různých tepelných zpracování své vlastní zařízení. Ta nejběžnější tepelná zpracování se provádějí přímo v závodě. Jsou to:

Žíhání ke snížení pnutí

Vnitřní pnutí se může v odlitcích zvýšit například v důsledku nerovnoměrného chlazení a koncentrací v průběhu koagulace. Jak sám název napovídá, účelem tohoto tepelného zpracování je snížit vnitřní pnutí v materiálu. Zřídkakdy to změní strukturu, pevnost či tvrdost materiálu.

Materiál, který je potřeba strojně obrobit, může stále obsahovat síly vnitřního pnutí z předchozího výrobního procesu. Toto pnutí znesnadňuje odhad, jak se ocel bude chovat. Během zpracování může vnitřní pnutí způsobit nežádoucí odchylky rozměrů nebo deformace (změny tvaru).

Žíhání ke snížení pnutí se někdy nazývá žíhání k odstranění pnutí. Nicméně, je nemožné z oceli odstranit veškeré pnutí. Jisté množství zbytkového pnutí vždy zůstane. A proto pro toto tepelné zpracování je lepší používat výraz žíhání ke snížení pnutí.

Při žíhání ke snížení pnutí se teplota výrobku zvýší jen do hranice, než se začne struktura oceli měnit. Obvykle se provádí v teplotním rozmezí 580°C až 620°C. Teplota žíhání je velmi závislá na teplotní stabilitě materiálu.  Pokud je materiál udržován při této teplotě po delší dobu (většinou několik hodin), vnitřní pnutí klesne. Během procesu žíhání je důležité, aby zahřívání i chlazení probíhalo pomalu, tak aby v důsledku teplotních rozdílů v odlitku nevznikalo nové pnutí. Chlazení se musí provést dvakrát pomaleji než zahřívání.

Popouštění

Kalením získá materiál svou strukturu martenzitu: tvrdou a křehkou strukturu. Mohou se tvořit praskliny. Snížit riziko lze tak, že kalené kusy jsou ihned po kalení, ještě než stihnou zcela vychladnout, předány k dalšímu tepelnému zpracování. Toto tepelné zpracování se nazývá popouštění. Po něm je materiál méně křehký a vnitřní pnutí způsobené rychlým zchlazením se sníží.   Snížení vnitřního pnutí je nesmírně důležité. Po kalení může výrobek vypadat dobře, ale může zklamat hned po prvním použití kvůli pnutí, které v materiálu zůstane.

Popouštěcí teplota je určena složením oceli a požadovanými vlastnostmi po popouštění. Pro většinu typů oceli se popouštěcí teplota pohybuje mezi 150°C a 350°C. Obecně řečeno, čím nižší je teplota popouštění, tím vyšší je houževnatost a nižší pevnost. Proto musí být zvolena správná popouštěcí teplota, aby byl splněn zamýšlený účel. Popouštění při teplotě okolo 500°C či vyšší se nazývá popouštění při vysoké teplotě nebo zušlechťování.

Normalizační žíhání

Pokud ocel projde operacemi, jako jsou kování, odlévání nebo svařování, může být materiál extrémně horký. V důsledku toho se pak může objevit nerovná, drsná struktura, která zeslabí mechanické vlastnosti. Normalizační žíhání (také nazývané jako normalizace) je metoda žíhání určená k zajištění stejné struktury v oceli v jakémkoliv prostředí. To zajistí zjemnění zrn a zlepšení mechanických vlastností. Také vnitřní pnutí se sníží n minimum.  Tento proces žíhání se děje u typů oceli, kdy obsah uhlíku je nižší než 0,7%.

Normalizačním žíháním výrobek zahříváte pouze do austenitu (30 až 70°C). Většinou je potřeba minimálně 30 minut v peci + 2 minuty na každý milimetr tloušťky stěny. Následuje chlazení na vzduchu.

Míra chlazení je o trochu větší než u žíhání ke snížení pnutí. Dokud je pořád fáze austenitu, může zrnitost stále narůstat. To může potlačovat či zpomalovat efekt normalizačního žíhání ne zjemňování zrnitosti.

Jelikož přechod mezi fázemi u tohoto typu žíhání proběhne dvakrát, např. z feritu do perlitu do austenitu a zpět, dojde ke zmenšení velikosti zrn hned dvakrát. To proto, že během přechodu z fáze do fáze dochází k několikanásobnému růstu jádra pro každý krystal. To podpoří vznik jemně zrnité struktury perlitu, která je charakteristická pro konkrétní ocel. Po normalizačním žíhání má materiál jednotnou strukturu.

Žíhání se provádí u ocelí s obsahem uhlíku do 0,7% (neslitinová ocel nebo nízkoslitinová ocel).

Žíhání naměkko

Žíhání naměkko a zušlechťování jsou operace, které ocel změkčují. Účelem žíhání naměkko je dát oceli strukturu, kterou lze následně lépe zpracovávat, obrábět a tvářet. Také snižuje riziko praskání během jakýchkoliv vytvrzovacích procesů. Žíháním se sníží pevnost v tahu a tvrdost o přibližně 10 to 25%;  naopak houževnatost se lehce zvýší. Struktura zrnitého karbidu je dosažena ve feritové krystalové mřížce. Vzhledem k zrnitému karbidu se otřepy během obrábění lépe odlamují. Tudíž bude povrch kovu hladší než při obrábění nežíhané oceli. Ocel je zahřátá na teplotu těsně pod austenitem a pak následuje velmi pozvolné ochlazování.

Dalším způsobem je nechat teplotu kolísat kolem 720°C, díky čemuž jen malá část struktury přejde do fáze austenitu. Tento typ žíhání se používá převážně u ocelí s vysokým obsahem uhlíku. Doba žíhání se pohybuje od 5 do 24 hodin a poté následuje pozvolné ochlazování v peci.

Žíhání naměkko se využívá hlavně u typů ocelí s obsahem uhlíku 0,9% a vyšším zejména u nástrojařské oceli. Pro oceli s obsahem uhlíku nižším než 0,9% (slitinová zušlechtěná ocel) se žíhání naměkko někdy používá k tomu, aby se ocel stala lépe obrobitelnou. U ocelí s obsahem uhlíku nižším než 0,5% není žíhání naměkko přínosné, protože materiál je pak příliš měkký a jeho povrch se deformuje a místo řezání se pak pod dlátem tvoří důlky. Pro tyto materiály je normalizační žíhání, které poskytuje nejlepší možnosti obrábění. Obecně řečeno: typy ocelí s obsahem uhlíku pod 0.5% jsou žíhány normalizačně, typy ocelí s obsahem uhlíku nad 0,5% jsou žíhány naměkko.

externí teplené zpracování

Není zrovna to tepelné zpracování, které hledáte, zde uvedeno? Zajímáte se o rozpouštěcí žíhání, kalení, zušlechťování, precipitační vytvrzování, homogenizační žíhání, rekrystalizační žíhání, cementaci, indukční kalení, vakuové kalení nebo nitridování? Můžeme pro vás zařídit i toto. CIREX disponuje velkou sítí schválených a kvalifikovaných dodavatelů, u kterých jsme si již nechali provést několik tepelných zpracování. Takto si můžete být jisti spolehlivostí procesu, který pravidelně kontrolujeme. Rovněž budete profitovat z naprosto bezkonkurenčních cen!